ITRM980248A1 - Pompa di iniezione di combustibile per motori a combustione interna in particolare grandi motori diesel marini lenti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale-dal titolo: "POMPA DI INIEZIONE DI COMBUSTIBILE PER MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA, IN PARTICOLARE GRANDI MOTORI DIESEL MARINI LENTI"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad una pompa di iniezione di combustibile per motori a combustione interna, in particolare grandi motori diesel marini lenti, per l'alimentazione di una quantità variabile di combustibile ad un ugello di iniezione posizionato nel cilindro operativo del motore, detto ugello di iniezione avendo un agocaricato a molla dell'apertura dell'ugello, detta pompa comprendendo un cilindro, in cui è mobile un pistone con un bordo superiore formato tra la superficie terminale e la superficie laterale del pistone da almeno un bordo tagliato obliquo estendentesi elicoidalmente, il quale bordo tagliato obliquo definisce un recesso nella superficie laterale del pistone, il quale recesso ècollegato tramite un condotto assiale alla superficie terminale del pistone, ed in cui la parete del cilindro ha almeno un foro passante, che sbocca in una camera di alimentazione circostante contenente il combustibile sotto pressione moderata, detto almeno un foro nel movimento del pistone dalla posizione inferiore a quella superiore venendo coperto dalla superficie laterale del pistone al di sotto del bordo superiore e venendo scoperto successivamente dal bordo tagliato obliquo per la deviazione del combustibile in eccesso alla fine della corsa effettiva della pompa.

Nelle convenzionali pompe di iniezione di combustibile ciascun bordo tagliato obliquo viene fatto corrispondere con un foro attraverso la parete del cilindro, ed il pistone è fatto in modo che questo foro all'inizio del movimento del pistone venga coperto dal bordo superiore del pistone, e lo stesso foro venga successivamente esposto mediante il bordo tagliato obliquo, quando la quantità stabilita di combustibile è stata alimentata agli ugelli di iniezione. Tale disposizione ha funzionato in maniera soddisfacente in motori di piccole e medie dimensioni, ma in grandi motori disei lenti sono sorti problemi che possono essere fatti risalire alle grandi dimensioni delle pompe e alle misure che debbono essere prese per smorzare le variazioni di pressione nel sistema di iniezione all''inizio e alla fine della corsa effettiva della pompa. I problemi possono essere l'erosione sulle superfici laterali del pistone derivante da cavitazióne nei fori a causa dell'alta velocità del flusso. Un aumento della sezione trasversale dei fori non può venire fatto, tuttavia, indebitamente poiché i fori, quando scoperti dal bordo tagliato obliquo, debbono ritardare lo scarico della pressione esercitando una certa resistenza a flusso. Questo ritardo è necessario per impedire la cavitazione negli ugelli e per impedire che i gas della combustione penetrino negli ugelli di iniezione. E' anche desiderabile, se possibile, ottenere una superficie di appoggio relativamente grande tra pistone e cilindro nella zona in corrispondenza del bordo superiore del pistone in modo da ridurre il rìschio di grippaggi in questa zona, quando viene usato un combustibile con proprietà lubrificanti inferiori.

In German Offenlegungsschrift No. 25 32 205 viene descritta una pompa di iniezione di combustibile, in cui un pistone nel movimento dalla posizione inferiore a quella superiore copre e in seguito scopre un foro di scarico nel cilindro per la deviazione del combustibile in eccesso in uno spazio anulare che circonda il cilindro della pompa, ed in cui, nel tubo di ritorno dallo spazio anulare, sono stati previsti vari elementi ad orifizio con l'intento di ridurre il rischio della cavitazione .

La tecnica antecedente su menzionata è stata descritta come meno efficace nell'US-A-5.015.160, che illustra una disposizione, la quale durante la copertura del foro di scarico si preoccupa di stabilire una pressione di 50 bar nello spazio circolare attorno al cilindro. La pressione viene mantenuta per mezzo di una valvola di non ritorno in un condotto di aspirazione e di una valvola di pressione caricata a molla in un condotto di ritorno. La disposizione è complicata e la sua manutenzione è difficoltosa a causa dei numerosi componenti .

Lo scopo dell'invenzione è di fornire una pompa di iniezione di combustibile, per mezzo della quale e tramite mezzi semplici ed affidabili si ottiene una efficace prevenzione 'dell'erosione nella zona adiacente al bordo superiore del pistone.

Questo scopo viene soddisfatto secondo l'invenzione mediante le caratteristiche della pompa di iniezione di combustibile descritta nella clausola caratterizzante della rivendicazione 1.

Nella pompa di iniezione di combustibile secondo la presente invenzione, i mezzi limitatori di flusso sono posizionati nei fori passanti nella parete del cilindro. In questo-modo, viene creata una pressione notevolmente aumentata nell'interspazio tra il pistone ed i mezzi limitatori di flusso, che ·sono costituiti semplicemente da un elemento ad orifizio, detta pressione impedendo efficacemente che si verifichi la cavitazione nella zona adiacente al bordo superiore del pistone, indipendentemente dalle velocità momentaneamente elevate del flusso. Anche se la pressione aumentata viene ridotta attraverso l'elemento ad orifizio, in cui avvengono anche considerevoli velocità di flusso, le misure prese, che rispetto alla tecnica antecedente sono estremamente semplici, sono risultate tali da essere efficaci, diminuendo la cavitazione stessa o trasferendola ad altre zone, in cui non si verifica erosione .

L'invenzione è applicabile in particolare in-pompe di combustibile, in cui l'inizio e la fine, della corsa effettiva della pompa vengono controllati per mezzo di serie separate di fori. Secondo l'invenzione l'elemento ad orifizio viene posto nella serie di fori all'inizio della corsa della pompa.

Secondo l'invenzione l'elemento ad orifizio ha una apertura tale che la pressione statica nel foro passante di fronte alla sommità ammonta a 10-20% della pressione di erogazione della pompa. E' risultato sorprendentemente che il forte rallentamento del combustibile scaricato non influenza sfavorevolmente l'aumento della pressione prima dell'iniezione.

L'invenzione verrà ora descritta in dettaglio con riferimento ai disegni, in cui:

La figura 1 è una vista assiale attraverso una pompa di iniezione dì combustibile secondo 1'invenzione;

la figura 2 è una vista parziale di una sezione attraverso la parete del cilindro lungo la linea ΙΙ-IΙ nella figura 1; -la figura 3 è un diagramma che mostra la pressione nella pompa secondo l'invenzione durante una iniezione di combustibile; e

le figure 4a, 4b e 4c mostrano schematicamente fori passanti in una vista in sezione longitudinale.

La pompa di iniezione di combustibile 1, mostrata in vista assiale nella figura 1, comprende un cilindro 2, in cui è mobile un pistone 3. Il cilindro 2 è atto a formare una carcassa di pompa di modello convenzionale, che comprende una camera di alimentazione che circonda la parte mediana del cilindro e alla quale può venire deviato il combustibile in eccesso, e dalla quale, durante lo svolgimento della corsa di ritorno del pistone, il combustibile può venire alimentato al cilindro. Il pistone 3 comprende un bordo superiore 4 formato tra le superfici terminale e laterale del pistone. Il pistone, inoltre, comprende un recesso 5, che nella direzione della superficie terminale del pistone è definito da un bordo tagliato obliquo 6 estendentesi elicoidalmente lungo la superficie laterale del pistone. Il bordo tagliato obliquo 6 copre un angolo, per esempio, di 120°, e normalmente il pistone è munito di due bordi intagliati 6 posizionati in maniera contrapposta. Il pistone 2 è munito di mezzi di accoppiamento 7 per un meccanismo rotante, per mezzo del quale il pistone può venire fatto ruotare per la regolazione della quantità di erogazione, e di mezzi di accoppiamento 8 per una guida a rulli atta a muovere il pistone assialmente. Questi meccanismi non fanno parte dell'invenzione e possono essere configurati convenzionalmente. Il pistone 3 comprende inoltre un condotto assiale 9 che collega il recesso 5 con lo spazio 10 al di sopra della superficie terminale del pistone 4.

La pompa è atta ad erogare una quantità variabile di combustibile agli ugelli di iniezione nei cilindri operativi di un motore diesel. La quantità di erogazione viene regolata mediante la rotazione del pistone 3. La corsa effettiva della pompa viene iniziata in seguito al fatto che il bordo in corrispondenza della superficie terminale 4 del pistone durante il suo movimento verso l'alto copre una serie di fori passanti di distribuzione 11 nel cilindro 2 della pompa, e la corsa effettiva della pompa termina quando il bordo tagliato obliquo 6 scopre una serie di fori di scarico 12, per cui la pressione nella camera della pompa al di sopra della superficie terminale 6 del pistone viene scaricata attraverso il condotto assiale 9, il recesso 5 ed i fori passanti 12 alla camera di alimentazione che circonda il cilindro 2.

In pompe di iniezione di combustibile per grandi motori diesel lenti, per esempio per uso marino, sorgono particolari problemi a causa delle grandi dimensioni della pompa e delle pressioni elevate, alle quali viene iniettato il combustibile, detti problemi venendo superati mediante la pompa descritta con l'impiego di fori di distribuzione e di fori di scarico separati, configurati in maniera particolare, all'inizio e alla fine della corsa effettiva della pompa. Impiegando serie separate di fori, i fori di distribuzione possono venire fatti in modo da impedire efficacemente la cavitazione risultante dalla scissione del flusso di combustibile, che viene espulso a grande velocità, i fori di scarico vengono fatti in modo da ottenere un appropriato smorzamento del combustibile deviato, finche è stato superato in. rischio di oscillazioni di pressione che possono portare alla penetrazione del combustibile dei cilindri negli ugelli di iniezione, o in modo da impedire la cavitazione negli ugelli di iniezione. Inoltre, alla superficie di supporto tra la parte superiore del pistone e la parete del cilindro può essere data una dimensione conveniente mediante un dimensionamento appropriato del distanziamento assiale tra i fori 11 e 12..

I fori si distribuzione sono configurati convenzionalmente con una sezione trasversale più grande dei fori di scarico 12. La cavitazione, tuttavia, secondo l'invenzione, può venire impedita nella maniera più efficacemente disponendo un elemento ad orifizio 13 in corrispondenza dell'uscita del foro di distribuzione alla cameradi alimentazione, come mostrato nella figura 2. L'elemento ad orifizio fornisce un passaggio di flusso tale che la pressione nel foro di distribuzione di fronte all'elemento ad orifizio supera sostanzialmente la pressione nella camera di alimentazione immediatamente prima che venga coperto il foro intagliato, quando passa il bordo della superficie terminale 4 del pistone. La resistenza al flusso nell'elemento ad orifizio porta ad una tale riduzione ritardata della pressione in corrispondenza della superficie laterale del pistone che non si verifica la cavitazione.

I fori di scarico 12, che vengono scoperti dal bordo intagliato obliquo 6. sono normalmente configurati con un profilo longitudinale a forma di diffusore e sono previsti con la sezione trasversale minima in corrispondenza della parete del cilindro. La piccola sezione trasversale in corrispondenza della parete del cilindro è desiderabile per ottenere una esposizione rapida del foro 12 e così una sequenza di scarico della pressione ben definita nel sistema di iniezione.

II diagramma nella figura 3 mostra l'andamento della pressione in una pompa di iniezione di combustibile secondo l'invenzione tracciato in funzione dell'angolo di manovella. La curva tracciata intera indica la pressione nella camera di pompa 10. La curva mostra che la pressione nella camera di pompa inizia ad aumentare appena il pistone 3 viene mosso verso l'alto, ma l'aumento ripido inizia in 14, ove i fori di distribuzione 11 vengono coperti dal pistone sotto il suo bordo superiore 4. In 15 vengono aperti di ugelli di iniezione, e con la corsa continuata della pompa la quantità stabilita di combustibile viene iniettata nel cilindro operativo del motore. In 16, i fori passanti vengono scoperti, a seguito di che la pressione nella camera di pompa scende con un andamento smorzato, che si oppone alle oscillazioni della pressione nel sistema di iniezione e assicura così una funzione di chiusura corretta degli aghi negli ugelli di iniezione. La linea tratteggiata 17 mostra l'andamento della pressione nella camera tra l'elemento ad orifizio ed il lato del pistone, la camera essendo munita di un elemento ad orifizio 13 dimensionato in maniera appropriata. Si osserverà che si può ottenere una discesa graduale della pressione, detta discesa della pressione impedendo efficacemente la cavitazione nel foro laterale adiacente al lato del pistone.

L'invenzione non è limitata alle pompe di iniezione di combustibile con fori di distribuzione e passanti separati nel cilindro della pompa, ma può venire anche usata con successo in pompe di iniezione di combustibile, in cui il numero di fori passanti è identico al numero dei bordi tagliati obliqui nel pistone, cioè, in cui l'inizio e la fine di un evento di iniezione vengono effettuati per mezzo degli stessi fori nella parete del cilindro. In questo modello di pompa, i mezzi limitatori di flusso costituiscono sia i mezzi per Impedire la cavitazione e l'erosione associata del pistone che i mezzi i quali governano sostanzialmente la riduzione della pressione durante lo scarico alla fine della corsa effettiva della pompa.

Le figure 4a, 4b e 4c mostrano realizzazioni schematiche di fori passanti, visti in sezione longitudinale. La figura 4a mostra così una realizzazione in cui i mezzi limitatori di flusso sottoforma di un elemento ad orifizio 21 sono posti in un foro passante 20 vicino alla sua uscita 22 nella camera di alimentazione. In questa realizzazione si ottiene la dimensione massima della camera, che viene pressurizzata mediante chiusura dell'ammissione scarico, e di conseguenza il volume massimo possibile nella camera .tra l'elemento ad orifizio e l'entrata e pertanto il mantenimento migliore possibile della pressione. L'elemento ad orifizio può essere configurato con diversi condotti o con una direzione di flusso dei condotti sotto un angolo rispetto all'asse del foro passante. Un vantaggio dei condotti che formano un angolo con l'asse del foro passante è che il fluido scaricato non viene in contatto perpendicolarmente con la parete opposta della camera di alimentazione, e che viene ridotto il rischio dell'erosione di detta parete. La camera tra la parete del cilindro e l'elemento ad orifizio può, inoltre, avere una forma non cilindrica. La forma può essere, per esempio, conica in maniera tale che l'apertura passante nella parete del cilindro ha un diametro piuttosto minore del diametro della camera, in cui è stato inserito l'elemento ad orifizio. In questo modo l'effetto di controllo del flusso viene distribuito al foro nella parete del cilindro e all'elemento ad orifizio, il che può essere vantaggioso, se non vi sono fori di distribuzione e passanti separati.

Nella figura 4b l'elemento ad orifizio 23 è posizionato all'incirca nella parte mediana del foro 20, il che dà luogo ad una camera più piccola, ma anche ad una distanza più grande dall'elemento ad orifizio 23 alla parete opposta della camera di alimentazione, ove il liquido che fluisce dell'elemento ad orifizio può provocare erosione.

La figura 4c mostra una realizzazione preferita di un foro passante 20 munito di un elemento ad orifizio. L'elemento ad orifizio 24 è posizionato sostanzialmente nella parte mediana del foro passante che nella direzione verso l'uscita 22 alla camera di alimentazione è configurato come un diffusore 25. Lo scopo del diffusore 25 è di ridurre la velocità del getto che lascia l'elemento ad orifizio. Tramite un appropriato dimensionamento dell'elemento ad orifizio 21, 23 o 24, si può ottenere un tale aumento della pressione davanti all'elemento ad orifizio nel passaggio quando il foro, passante viene coperto e viene eliminato il rischio della cavitazione, che si ottiene un tale smorzamento dello scarico che la riduzione della pressione può aver luogo senza sostanziali oscillazioni della pressione.· Uno smorzamento supplementare può venire stabilito, se desiderato, mediante una appropriata configurazione del condotto assiale nel pistone.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pompa di iniezione di combustibile per motori a combustione interna, in particolare grandi motori diesel marini lenti, per alimentare,una quantità variabile di combustibile ad un ugello di iniezione posizionato nel cilindro operativo del motore, detto ugello di iniezione avendo un ago caricato a molla nell'apertura dell'ugello, e la quale pompa comprende un cilindro, in cui è mobile un pistone con un bordo superiore formato tra la superficie terminale e la superficie laterale del pistone ed almeno un bordo tagliato, obliquo, estendentesi elicoidalmente , il quale bordo tagliato obliquo definisce un recesso nella superficie laterale del pistone, il quale recesso è collegato tramite un condotto assiale con la superficie terminale del pistone, ed in cui la parete del cilindro ha almeno un foro passante che sbocca in una camera di alimentazione circostante contenente il combustibile sotto pressione moderata, detto almeno un foro nel movimento del pistone dalla posizione inferiore a quella superiore venendo coperto dalla superficie laterale del pistone al di sotto del bordo superiore e venendo in seguito scoperto dal bordo tagliato obliquo per la deviazione del combustibile in eccesso alla fine della corsa effettiva della pompa, ed in cui sono previsti mezzi con l'intento di fornire, durante una parte del movimento del pistone, una pressione statica aumentata in almeno uno dei fori passanti, caratterizzata dal fatto che i mezzi per aumentare la pressione statica sono costituiti da un elemento ad orifizio situato nel foro passante e con una apertura ridotta in misura tale rispetto alla sezione trasversale del foro passante che prima della e durante 1'interdizione, avviene un aumento della pressione nel foro passante davanti all'elemento ad orifizio.
2. 2. Pompa di iniezione di combustibile secondo la rivendicazione 1, ed in cui l'inizio e la fine della corsa effettiva della pompa vengono controllati mediante serie separate di fori, caratterizzata dal fatto che l'elemento ad orifizio è posto nella serie di fori all'inizio della corsa della pompa.
3. 3. Pompa di iniezione di combustibile secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che l'elemento ad orifizio ha una apertura tale che la pressione statica all'interdizione ammonta a 10-20% della pressione di alimentazione della pompa.