Sistema de inyección de combustible adecuado para combustibles de baja viscosidad.

Un sistema de inyección de combustible para un sistema de combustión interna,

que comprende un sistema de gestión del motor (EMS) (6), una bomba de alimentación de combustible (2), una bomba de alta presión (3) que 5 suministra combustible bajo presión a un raíl común (4) y una pluralidad de inyectores (5), comprendiendo cada inyector (5) una válvula accionada hidráulicamente (7) que comprende una cámara de salida 9 conectada al raíl común (4) y una cámara de control (10), estando diseñada la válvula (7) tal que, en su posición cerrada, la válvula evita el flujo fuera de la cámara de salida (9), comprendiendo además cada inyector (5) una válvula piloto accionada eléctricamente (12) adaptada para controlar la presión en la cámara de control controlando de este modo la 10 posición de la válvula accionada hidráulicamente (7), y una línea de retorno (13), en el que una boquilla (8) con unos medios elásticos 18 que impulsan la boquilla hacia el cierre, está conectada a la salida de la válvula accionada hidráulicamente (7) de tal manera que la presión en la salida de la válvula accionada hidráulicamente (7) tiende a superar la fuerza de los medios elásticos (18) y abrir la boquilla (8), caracterizado por el hecho de que una válvula de goteo (19) accionada eléctricamente está conectada entre la salida de la válvula accionada hidráulicamente (7) y la línea de retorno (13) .

Sistema de inyección de combustible adecuado para combustibles de baja viscosidad

Ámbito de la técnica La presente invención se refiere a unos sistemas de inyección de combustible para motores de combustión interna, en particular, sistemas adecuados para la inyección de combustibles de baja viscosidad tales como dimetil éter (DME) dentro de motores de encendido por compresión.

Antecedentes de la invención Se han diseñado algunos sistemas de inyección de combustible de baja viscosidad siguiendo el principio de los sistemas conocidos de raíl común de alta presión para combustible diesel, en los cuales se presuriza el combustible mediante una bomba simple dentro de un contenedor o raíl de presión que es común para una pluralidad de 15 inyectores, y las inyecciones se controlan mediante válvulas accionadas eléctricamente situadas entre el raíl común y los inyectores. Esta clase de sistema de inyección se adecua mejor para combustibles con propiedades ampliamente variables dependientes de la presión y la temperatura, típicas estas del DME, que los sistemas de inyección basados en el principio de bomba – línea – boquilla o unidad inyector, en parte porque los procesos de generar y controlar la energía de inyección para cada inyección están divididas en el tiempo y por lo tanto no se complican entre sí tanto como si tuviesen lugar de forma simultánea. El objeto de la presente invención es un sistema de inyección de combustible de raíl común para inyectar un combustible de baja viscosidad dentro de motores de combustión interna.

Un ejemplo de un sistema de inyección de la técnica anterior se divulga en la solicitud de patente US 6, 189, 517.

Una dificultad técnica que surge cuando se diseña un sistema de inyección de raíl común para usar con combustibles de baja viscosidad es que, debido a la energía específica relativamente baja de los combustibles de baja viscosidad tales como el DME, el volumen que ha de pasar a través de los inyectores y las válvulas de control para conseguir una potencia del motor dada, es relativamente grande. Esto necesita de áreas controladas relativamente grandes en las válvulas, lo cual entra en conflicto normalmente con los requisitos de dimensiones generales pequeñas, tiempos de respuesta rápidos y control pequeño y fugas estáticas en el sistema de inyección. En el sistema de inyección de la técnica anterior del documento US 6, 189, 517, el problema de las fugas se agrava adicionalmente por el uso de pasos de área pequeña que conectan el lado curso abajo de las válvulas accionadas eléctricamente con la línea de retorno a fin de eliminar posibles inyecciones incontroladas y fugas de combustible a lo largo de la boquilla cerrada dentro del motor lo cual es posible debido a la baja viscosidad del DME. Se ha divulgado posteriormente una mejora a este diseño en la cual las válvulas accionadas eléctricamente son del tipo distribución de tres vías tal que pueden conectar la boquilla del inyector alternativamente a la fuente de presión y a la línea de retorno. Dicha válvula de distribución de tres vías resuelve parcialmente el problema de las fugas parásitas durante el evento de la inyección que está presente en el sistema de la técnica anterior descrito en el documento US

6, 189, 517, pero introduce las fugas a lo largo de los espacios libres en la válvula de distribución. Se ha descubierto que dichas fugas afectan negativamente a la eficiencia hidráulica y a la controlabilidad incluso en los sistemas convencionales de inyección de combustible diesel. La viscosidad aproximadamente 10 veces menor del DME traería un aumento en el porcentaje de fugas de aproximadamente la misma magnitud. La reducción de los espacios libres en la distribución para limitar la fuga no es técnicamente viable tanto debido a que ya están prácticamente 45 cercanos a un mínimo como a que los combustibles de baja viscosidad tienen una lubricidad pobre, lo cual aumenta mucho el riesgo de gripado en los distribuidores ajustados.

Una posible solución a esto es una válvula de tres vías hidráulicamente desequilibrada, con dos asientos estrechos o planos, en la cual el volumen presurizado puede aislarse mediante una guía relativamente larga correspondiente 50 con precisión que asegura una fuga aceptable. El diseño básico de dicha válvula es bien conocido en la técnica y se utiliza de forma exitosa en los sistemas de inyección de combustible para controlar flujos piloto relativamente pequeños, tal como se divulga, por ejemplo, en el documento EP 1120563A2. Sin embargo, este principio apenas puede llevarse a cabo para controlar un flujo total de combustible que se va a inyectar, especialmente en el caso de entregas aumentadas de volumen necesarias cuando se utiliza DME, debido a que el tamaño de las válvulas se 55 vuelve prohibitivamente grande para que se mantengan los tiempos buenos de respuesta y el consumo de energía eléctrica aceptable. De este modo, se requiere un nuevo acercamiento al diseño del sistema de control hidráulico del sistema de rail común de combustible de baja viscosidad.

La pobre lubricidad y la potencialmente gran fuga de los combustibles de baja viscosidad, por un lado, y sus 60 propiedades de combustión con poco hollín, por el otro, dictan la elección de presiones de inyección relativamente bajas. Los niveles bajos de presión de combustible no solo requieren áreas de flujo extra grandes en las válvulas de control del sistema de inyección, sino que también hace necesario usar boquillas de flujo alto a fin de mantener los periodos temporales de inyección lo bastante cortos para una buena eficiencia del consumo de combustible. El diseño de las boquillas convencionales de combustible diesel de alta presión que se usan en el sistema divulgado en el documento US 6, 189, 517, limita el tamaño y el número de orificios que se pueden usar. Otro aspecto no favorable de usar boquillas convencionales de combustible diesel de alta presión en un sistema de inyección de baja viscosidad es su coste relativamente elevado y complejidad.

Todavía otro aspecto negativo de usar boquillas convencionales de combustible diesel en un sistema de combustible de baja viscosidad es que la fuga a lo largo de la guía de aguja de dichas toberas puede volverse además relativamente grande. Una divulgación de esta clase es el documento DE 102 45 736 A1, sobre el cual está basado el preámbulo de la reivindicación independiente. Sería beneficioso diseñar un sistema de inyección de combustible de baja viscosidad que utilice una boquilla que se caracteriza por una fuga reducida y permite unas áreas grandes de abertura de flujo. Una reducción en la fuga puede permitir también una reducción de costes del sistema de combustible al hacer redundante un enfriador de combustible. El enfriador de combustible sería necesario de otro modo debido a que la fuga más alta provoca la conversión de más potencia hidráulica en calor el cual ha de extraerse del sistema.

Sumario de la invención El objeto de la presente invención es mejorar la economía de combustible de un motor alimentado por combustible de baja viscosidad con un sistema de inyección de combustible del tipo de raíl común por medio de limitar las fugas hidráulicas parásitas debido a fugas de combustible estáticas y de control, mejorando la contrabilidad de la inyección y reduciendo la duración de la inyección. Otro objeto de la invención es reducir el coste del sistema de inyección de combustible, lo cual puede lograrse al reducir las fugas en el sistema y mediante la simplificación del diseño de la boquilla.

El sistema de inyección de combustible de acuerdo con la presente invención incorpora una válvula piloto de tres vías accionada eléctricamente que controla una válvula accionada hidráulicamente posicionada entre un raíl común y una boquilla, una válvula diferencial hidráulica posicionada curso arriba de la boquilla con su salida conectada a la entrada de la boquilla, y una válvula de goteo normalmente abierta, de dos vías, accionada eléctricamente posicionada entre la salida de la válvula accionada hidráulicamente y una línea de retorno. La boquilla tiene un diseño libre de fugas con una válvula de tipo asiento que está impulsada hacia su posición cerrada mediante un resorte y puede abrirse hacia fuera en la dirección de la cámara de combustión del motor cuando la presión del combustible en la boquilla supera la presión de abertura de la boquilla, lo cual se determina por la contrapresión en la cámara de combustión del motor y la fuerza del resorte. Dicho diseño de boquilla presenta significativamente una mayor relación de área de flujo abierto efectivo para la alzada de la válvula, que en boquillas convencionales para diesel... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de inyección de combustible para un sistema de combustión interna, que comprende un sistema de gestión del motor (EMS) (6) , una bomba de alimentación de combustible (2) , una bomba de alta presión (3) que 5 suministra combustible bajo presión a un raíl común (4) y una pluralidad de inyectores (5) , comprendiendo cada inyector (5) una válvula accionada hidráulicamente (7) que comprende una cámara de salida 9 conectada al raíl común (4) y una cámara de control (10) , estando diseñada la válvula (7) tal que, en su posición cerrada, la válvula evita el flujo fuera de la cámara de salida (9) , comprendiendo además cada inyector (5) una válvula piloto accionada eléctricamente (12) adaptada para controlar la presión en la cámara de control <10> controlando de este modo la 10 posición de la válvula accionada hidráulicamente (7) , y una línea de retorno (13) , en el que una boquilla (8) con unos medios elásticos 18 que impulsan la boquilla hacia el cierre, está conectada a la salida de la válvula accionada hidráulicamente (7) de tal manera que la presión en la salida de la válvula accionada hidráulicamente (7) tiende a superar la fuerza de los medios elásticos (18) y abrir la boquilla (8) , caracterizado por el hecho de que una válvula de goteo (19) accionada eléctricamente está conectada entre la salida de la válvula accionada hidráulicamente (7) y la línea de retorno (13) .

2. Un sistema de inyección de combustible según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, la válvula piloto accionada eléctricamente (12) es una válvula de tres vías que puede conectar alternativamente la cámara de control (10) con o bien el raíl común (4) o la línea de retorno (13) .

3. Un sistema de inyección de combustible según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, la cámara de control (10) está conectada a través de un estrechamiento (21) con el raíl común (4) y la válvula piloto (12) accionada eléctricamente es una válvula de dos vías que puede conectar la cámara de control (10) con la línea de retorno (13) , en el que las áreas de flujo del estrechamiento (21) y la válvula piloto (12) abierta se escogen tal que,

en una posición abierta de la válvula piloto (12) , la presión en la cámara de control (10) cae y permite a la presión en la cámara de salida (9) abrir la válvula.

4. Un sistema de inyección de combustible según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho de que, la válvula accionada hidráulicamente (7) está adaptada a cerrar la conexión entre la cámara de control (10) y la válvula piloto 30 (12) cuando la válvula (7) está en una posición abierta.

5. Un sistema de inyección de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que hay unos medios elásticos (11) que impulsan la válvula accionada hidráulicamente (7) hacia su posición cerrada.

6. Un sistema de inyección de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que la boquilla (8) incorpora un vástago de válvula (15) con un asiento (17) diseñado tal que la presión en la boquilla, actuando sobre una parte del asiento, puede superar la fuerza de los medios elásticos (18) y la contrapresión fuera de la boquilla y abrir la boquilla al mover el vástago (15) con el asiento (17) hacia fuera en la dirección de la cámara de combustión del motor.

7. Un sistema de inyección de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizado por el hecho de que la boquilla (8) incorpora un aguja (23) con una guía (24) formando una cámara de presión (25) , comunicando con la entrada de la boquilla y una cámara de resorte (26) , diseñada tal que la presión en la cámara de 45 presión (25) actuando en un parte de la aguja (23) puede superar la fuerza de los medios elásticos (18) y abrir la boquilla al mover la aguja (23) en la dirección lejos de la cámara de combustión del motor, en el que además la cámara de resorte (26) está conectada a la línea de retorno (13) .

8. Un sistema de inyección de combustible según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que, la cámara 50 de resorte (26) está conectada a un regulador de presión (27) .

9. Un sistema de inyección de combustible según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que, el regulador de presión (27) está controlado electrónicamente por el EMS (6) .

10. Un sistema de inyección de combustible según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que una válvula diferencial hidráulica (14) está instalada curso arriba de la boquilla (8) , estando diseñada la válvula (14) tal que está cerrada cuando la presión curso arriba de la válvula (14) está por debajo de una presión de alimentación la cual es característica de un motor funcionando y que está abierta cuando la presión curso arriba de la válvula (14) está en o por encima de una presión de alimentación la cual es característica de un motor

funcionando.