Válvula de contrapresión para inyectores de combustible.

Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, formada por un cuerpo (1) con una conducción (2) axial en el interior para el paso de combustible desde una zona de entrada (E) hasta una zona de salida (S),

poseyendo un asiento de válvula (3) en el que apoya un obturador (4) empujado por un resorte (5), comprendiendo dicho obturador (4) una placa (7) de material plástico no reforzado con sus caras mayores planas, en cada una de las cuales se define una prominencia (8), presentando ese conjunto del obturador (4) una simetría sustancialmente especular respecto de un plano medio (P) paralelo a las caras mayores de la placa (7).

Válvula de contrapresión para inyectores de combustible

Sector de la técnica La presente invención está relacionada con las válvulas empleadas en la línea de retorno de los inyectores de motores de combustión que garantizar una contrapresión de trabajo adecuada.

Estado de la técnica En los sistemas de inyección diesel “Common Rail” la apertura y cierre de los inyectores se realiza mediante un sistema electrohidráulico. Una electroválvula abre o cierra una cámara en la parte posterior de la aguja de cierre del inyector, obteniendo la aplicación de una presión hidráulica diferencial sobre dicha aguja, alejándola de su asiento para abrir el inyector o permitiendo su retorno mediante un muelle de empuje.

El llenado y vaciado de la cámara posterior de la aguja, resulta por el reenvío natural de una cierta cantidad del carburante entrante, de vuelta hacia el depósito. Las tuberías de retorno de todos los inyectores (normalmente 1 por cilindro) confluyen en una tubería común, que se une después a la línea general de retorno del sistema, siendo canalizado todo este combustible sobrante hacia el depósito.

El correcto funcionamiento de los inyectores en la fase de cierre, requiere que a la salida de retorno de los mismos, es decir, en la tubería común de retorno, exista una cierta contrapresión, cuyo valor es dependiente del tipo de inyector de que se trate, siendo el tiempo de cierre del inyector, dependiente a su vez, entre otros factores, de esta contrapresión.

Para conseguir unos niveles de eficiencia y sonoridad óptimos en el proceso de combustión de ciclo diésel, así como una emisión de contaminantes mínima, sobre todo en relación con los motores de inyección directa, que son los de más frecuente uso hoy en día en relación con la tecnología “Common Rail” para vehículos de turismo e industriales pequeños, es imprescindible dividir cada evento de inyección (dosificación del carburante en cada cilindro) en varias sub-fases o sea en una secuencia de eventos de inyección muy cortos y seguidos, lo cual permite una mejor distribución en el tiempo, de la cantidad total del combustible a inyectar, realizándola con un perfil temporal idóneo en función de los objetivos citados. Reviste particular importancia lo que se denomina inyección piloto, constituida por los eventos de inyección preliminares, de corta duración, que preceden al evento de inyección principal, mediante la cual se logra que la presión de combustión se incremente de forma gradual, reduciendo el ruido perceptible por el usuario y consiguiendo un funcionamiento a ralentí más estable y suave.

En el mercado existen dos tipos básicos de inyectores: los que abren controlados por una válvula con accionamiento de tipo solenoide y los que abren controlados por una válvula de accionamiento piezoeléctrico.

Los inyectores con válvula de tipo solenoide se distinguen por su robustez y bajo coste, no obstante presentan ciertas limitaciones en cuanto al tiempo de respuesta, lo cual limita a su vez la obtención del ciclo de inyección secuenciado. Sus características y ratio coste/prestaciones, hacen que estos inyectores se apliquen de preferencia en vehículos de tipo industrial o semi-industrial, lo que habitualmente se conoce como furgonetas, ya que en estos vehículos es posible hacer algunas concesiones en cuanto al nivel de confort y sonoridad, a cambio de un coste menor.

Por el contrario, los inyectores con válvula de tipo piezoeléctrico no presentan esa limitación en cuanto al tiempo de respuesta, permitiendo obtener una secuencia de impulsos de inyección controlada de una manera muy precisa, pero en cambio estos inyectores son de un mayor coste, por lo que se emplean de preferencia en vehículos, como los de turismo, en los cuales el nivel de sonoridad tiene mayor relevancia en comparación con los vehículos de tipo industrial.

Existen considerables diferencias en cuanto a las exigencias que se establecen para la válvula que garantiza la contrapresión en la línea de retorno de los inyectores en relación con los sistemas basados en inyectores con válvula de tipo solenoide y los sistemas basados en inyectores con válvula de tipo piezoeléctrico.

Las diferencias más importantes, son dos, y están estrechamente relacionadas entre sí y con la construcción de la válvula:

a) Caudal mínimo de trabajo del sistema, ya que la contrapresión mínima estipulada debe garantizarse para este caudal, lo cual en primer término significa que la válvula en estado cerrado no puede tener un caudal de fugas superior al mismo, puesto que no se alcanzaría nunca la presión de apertura, que es la mínima estipulada y, en segundo término, que la válvula en estado abierto debe garantizar una contrapresión estable. b) Estabilidad de la contrapresión, ya que en un sistema que trabaje con caudales pequeños como el basado en inyectores con válvula de tipo piezoeléctrico, cualquier oscilación de la contrapresión, como por ejemplo las inducidas por fenómenos mecánicos de oscilación del mecanismo de la válvula, repercute en el funcionamiento del motor, sobre todo a regímenes bajos. El sistema basado en inyectores con válvula de tipo solenoide es mucho menos sensible a este tipo de oscilaciones. La justificación de este comportamiento se encuentra en la interacción entre la fuerza ejercida por el fluido sobre el obturador a los diversos caudales, y la fuerza antagonista que ejerce el muelle sobre el obturador.

Desde el punto de vista constructivo, existen dos posibles soluciones de la válvula de contrapresión.

1. Válvula basada en bola y asiento preferiblemente cónico. Esta construcción permite el empleo de una bola de acero como elemento obturador, solución barata, y mediante la cual puede obtenerse una buena calidad de cierre o estanqueidad entre la bola obturadora y el asiento realizado en el cuerpo de válvula, asegurando de esta forma la estanqueidad a presiones por debajo de la de apertura. Esta realización presenta no obstante la desventaja de que la característica presión caudal es inestable en torno al punto de apertura, ya que la válvula tiende a pasar del régimen de fugas (bola aplicada contra el asiento) al régimen de apertura plena, siendo necesario un cierto caudal para mantener la bola estable sin oscilación respecto del punto de cierre.

2. Válvula basada en obturador plano o de placa. En esta construcción, la pieza de cierre u obturador tiene una geometría esencialmente plana y, pese a disponer de los mismos grados de libertad que la bola, inicia el movimiento de apertura de forma diferente a la bola, y no ocasiona oscilaciones en la característica presión caudal. Esta realización tiene sin embargo el inconveniente de que es muy difícil conseguir, en el tramo de fugas en el que la válvula todavía no ha abierto, una tasa de fugas comparable a la de la bola, la cual es necesaria ya que a muy bajo régimen de caudal, los sistemas dotados de inyectores con válvula de tipo piezoeléctrico proporcionan un caudal de retorno de los inyectores comparable al régimen de fugas de la válvula, de manera que en caso de ser el caudal de fugas de la válvula superior al de retorno de inyectores, no se garantiza la contrapresión mínima exigida, perdiéndose todo el caudal a una presión menor a la de apertura, y el sistema no funciona.

Se conocen realizaciones de válvulas con obturador plano capaces de satisfacer estos requerimientos, en las que tanto el obturador como el cuerpo válvula en la zona de asiento del obturador, están rectificados, siendo ambas piezas metálicas; pero estas soluciones tienen un alto coste. Otras realizaciones conocidas consisten en emplear una pieza de elastómero, preferiblemente en forma de disco, como obturador; presentando esta solución problemas, no sólo de coste, sino también de funcionamiento, ya que incluso los mejores elastómeros técnicos presentan fenómenos de hinchamiento en contacto con el combustible, deformaciones permanentes en las zonas sometidas a compresión (contacto con el asiento y con el muelle) , los cuales ponen en riesgo la estabilidad de la válvula, a largo plazo.

Objeto de la invención De acuerdo con la presente invención se propone una válvula de contrapresión basada en un obturador plano para inyectores de combustible, la cual presenta unas características estructurales innovadoras que solucionan los problemas de coste y prestaciones de las realizaciones ya conocidas, en particular en relación con inyectores que poseen válvula de tipo piezoeléctrico.

La válvula de contrapresión para inyectores de combustible objeto de la invención comprende un cuerpo de válvula con una conducción axial en su interior para el paso de combustible desde una...

1. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, que comprende un cuerpo de válvula (1) con una conducción (2) axial en su interior para el paso de combustible desde una zona de entrada (E) hacia una zona de salida (S) y un asiento de válvula (3) sobre el que selectivamente apoya un obturador (4) que es empujado contra dicho asiento de válvula (3) por la acción de un resorte (5) , de manera que cuando la presión del combustible en la zona de entrada (E) es superior a la fuerza ejercida por el resorte (5) el obturador (4) se desplaza respecto del asiento de válvula (3) y se produce el paso de combustible desde dicha zona de entrada (E) hacia la zona de salida (S) , caracterizada porque el obturador (4) comprende una placa (7) de un material plástico no reforzado con sus caras mayores planas, en cada una de las cuales se define una prominencia axial (8) , empleándose una de las prominencias axiales (8) para el acoplamiento del obturador (4) con el resorte (5) , y en donde el obturador (4) presenta una simetría sustancialmente especular respecto a su plano medio (P) paralelo a las caras mayores planas de la placa (7) .

2. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la primera reivindicación, caracterizada la placa (7) del obturador (4) presenta en su periferia unos lóbulos (9) que hacen de guiado por contacto deslizante con la pared interior del cuerpo de válvula (1) para centrar y guiar el obturador (4) en la conducción (2) axial durante su desplazamiento.

3. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la primera reivindicación, caracterizada porque el asiento de válvula (3) comprende un resalte anular (6) que presenta una superficie superior plana, sustancialmente perpendicular al eje longitudinal del cuerpo de válvula (1) , sobre la que hace contacto la placa (7) del obturador (4) para realizar un cierre estanco de la conducción (2) axial de paso de combustible.

4. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la segunda reivindicación, caracterizada porque la placa (7) del obturador (4) presenta en su periferia tres o más lóbulos (9) .

5. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la cuarta reivindicación, caracterizada porque los lóbulos (9) son cuatro y se disponen en la periferia de la placa (7) en unas respectivas posiciones angulares a 0º, 90º, 180º y 270º.

6. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la primera reivindicación, caracterizada porque las prominencias axiales (8) están centradas en la placa (7) del obturador (4) .

7. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la sexta reivindicación, caracterizada porque las prominencias axiales (8) presentan una forma en “Y”, una forma de cruz, o una forma tubular.

8. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la primera reivindicación, caracterizada porque en relación con zona de entrada (E) de combustible el cuerpo de válvula (1) incorpora opcionalmente un filtro de malla (12) .

9. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la primera reivindicación, caracterizada porque el resorte (5) va unido por un extremo a una de las prominencias axiales (8) de la placa (7) y por el otro extremo va unido a una cruceta (10) que presenta unos agujeros axiales (11) para la salida de combustible.

10. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según las reivindicaciones primera, octava y novena, caracterizada porque el cuerpo de válvula (1) remata en sus extremos con unos labios rebordeados (13, 14) que fijan, respectivamente, el filtro de malla (12) y la cruceta (10) al cuerpo de válvula (1) .

11. Válvula de contrapresión para inyectores de combustible, según la primera reivindicación, caracterizada porque la conducción (2) axial interna del cuerpo de válvula (1) presenta en la zona de entrada (E) un estrangulamiento (15) del paso de combustible.