ITTO20090715A1 - Gruppo pompa perfezionato per un apparato di iniezione di un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “GRUPPO POMPA PERFEZIONATO PER UN APPARATO DI INIEZIONE DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA”

La presente invenzione è relativa ad un nuovo impianto di tipo Common Rail (CR) perfezionato, con particolare riferimento ad una pompa di un impianto di tipo CR.

Un impianto CR comprende un gruppo pompa di alta pressione che aspira un combustibile diesel, cioè gasolio, da un serbatoio attraverso una pompa di bassa pressione (BP), una pluralità di iniettori che iniettano in rispettive camere di combustione il combustibile ricevuto dalla pompa, un rail montato sul motore tra il gruppo pompa e gli iniettori, un sensore di pressione per misurare la pressione nel rail ed una valvola per regolare la pressione nel rail tramite l’azione di una centralina di controllo e del sensore di pressione.

Storicamente, lo studio per migliorare le prestazioni di un impianto CR si è inizialmente concentrato su come realizzare gli iniettori. In particolare su come realizzare le luci di passaggio micrometriche ed i relativi attuatori ad attuazione elettromagnetica.

Successivamente sono stati effettuati studi volti ad analizzare problemi relativi alla propagazione di onde di pressione indesiderate lungo i condotti di adduzione fra il rail e gli iniettori. Le onde di pressione sono causate dai cicli di apertura e chiusura degli iniettori e si propagano in ciascun condotto di adduzione fino al rail. Sono stati quindi compiuti studi di perfezionamento per ottimizzare la geometria dei condotti di adduzione in modo da evitare o ridurre fenomeni di risonanza dovuti ad interferenza delle onde di pressione.

Il ruolo del rail è stato indagato solo recentemente, ad esempio nel SAE paper no. 2007-01-1258, ‘Common Rail without accumulator: development, theoretical-experimental analysis and performance enhancement at DI-HCCI level of a new generation FIS’ di Catania, Ferrari, Mittica e Spessa. Tale studio preliminare ha accertato che è possibile ridurre il volume del rail al valore di 2.5 cm^3. Tale valore è di molto inferiore al valore normalmente usato di 20-40 cm^3. Un valore così ridotto del volume del rail può impattare negativamente sulla capacità di smorzamento del rail ed è pertanto consigliabile prevedere una geometria dei condotti tale sopperire a tale eventuale mancanza. In particolare, è possibile che i condotti siano realizzati uguali a coppie in modo che due iniettori successivi secondo l’ordine di accensione (con ordine di accensione 1, 3, 4, 2) siano collegati a rispettivi condotti aventi una geometria differente. In questo modo, si può ottenere un’interferenza almeno parzialmente distruttiva tra le onde di pressione innescate da due iniettori azionati consecutivamente, così da evitare perturbazioni eccessive nel volume di accumulo.

Misure sperimentali hanno accertato che un impianto CR con un volume ridotto rispetto ai volumi normalmente usati presenta caratteristiche di funzionamento analoghe a quelle di un impianto prodotto e funzionante su autoveicoli attualmente in commercio. Inoltre, con riferimento alla geometria dei condotti di adduzione, è stato verificato un comportamento dinamico più stabile almeno nel caso di iniezioni multiple. Ciò è dovuto alla geometria dei condotti che presentano un diametro relativamente elevato, cioè tra 3.8mm e 4mm.

Nella pubblicazione sopra citata, è stato per la prima volta evidenziato come la prestazione del sistema di controllo della pressione nel rail sia legata alla sinergia tra le azioni della valvola regolatrice di pressione e del volume di accumulo piuttosto che solo all’azione di quest’ultimo. In particolare, variando il volume del rail si modifica il ciclo di lavoro della valvola regolatrice, ma si riesce comunque a controllare il livello di pressione desiderato in modo soddisfacente.

Ciò ha permesso di prendere in considerazione di diminuire il volume del rail in modo considerevole senza impattare negativamente, anzi migliorando le prestazioni dinamiche dell’impianto.

Inoltre, nell’articolo suddetto viene descritto un impianto in cui la pressione all’interno del volume di accumulo è regolata tramite una valvola di laminazione alla mandata della pompa. Tuttavia, tale metodo presenta un valore relativamente basso di rendimento energetico.

Occorre precisare che il sistema impiegato per ottenere i risultati riportati nel SAE paper no. 2007-01-1258 è prototipale ed ulteriormente ottimizzabile in previsione di una realizzazione in serie.

Lo scopo della presente invenzione è di realizzare un apparato di iniezione di tipo CR con prestazioni dinamiche elevate, costi ridotti e di facile installazione sul motore.

Tale scopo è raggiunto tramite un impianto di tipo CR secondo la rivendicazione 1.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano degli esempi di attuazione non limitativi, in cui:

- la Figura 1 è una vista schematica di un impianto CR secondo la presente invenzione;

- la Figura 2 è una vista schematica di un’alternativa forma di realizzazione della presente invenzione.

In Figura 1 è rappresentato un impianto CR comprendente una pompa 2 di BP preferibilmente ad azionamento elettrico per aspirare un combustibile diesel da un serbatoio 3, una pompa 4 di alta pressione a cilindrata costante collegata alla mandata della pompa 2 di BP, un volume di accumulo 5 collegato alla mandata della pompa 4 e una pluralità di elettroiniettori 6 collegati al volume di accumulo 5 e controllati da una centralina, non illustrata in figura.

Secondo la presente invenzione, il volume di accumulo 5 è realizzato all’interno di un innovativo corpo pompa 9 illustrato schematicamente dal riquadro rettangolare delle Figure 1 e 2.

Preferibilmente il volume è inferiore a 5 cm^3, ancor più preferibilmente è di 2.5 cm^3 circa, e ciò consente di poter agevolmente modificare il corpo della pompa 4 già progettata ed esistente.

Inoltre, il corpo della pompa innovativa 9 è realizzato in modo tale da definire quattro porte di uscita 12 collegate al volume di accumulo 5 in parallelo fra loro. In questo modo, i condotti che collegano la pompa agli iniettori sono montati direttamente sul corpo pompa 9.

Allo scopo di consentire un controllo della pressione, l’impianto di cui alle Figure 1 e 2 comprende un dispositivo di controllo collegato alla centralina elettronica.

Secondo la forma di realizzazione di Figura 1, il dispositivo di controllo comprende un sensore di pressione 7 e una valvola di laminazione 8, preferibilmente una elettrovalvola. Il sensore di pressione 7 e la valvola di laminazione 8 sono installati sul corpo pompa 9 e sono fluidodinamicamente collegati al volume di accumulo 5.

Il sensore di pressione 7 e la valvola di laminazione 8 sono collegati alla centralina di controllo. In particolare, la centralina di controllo comanda la valvola di laminazione 8 in modo che quest’ultima convogli al serbatoio 3 tutta la portata mandata in eccesso dalla pompa 4 sulla base del valore della pressione rilevato dal sensore di pressione 7. Tale forma di realizzazione presenta vantaggi notevoli in relazione alla riduzione del tempo di reazione del motore a comandi di accelerazione/decelerazione.

Sulla base di quanto precede sono evidenti i vantaggi che l’impianto CR descritto e illustrato nella Figura 1 consente di ottenere.

Un corpo pompa tradizionale può essere facilmente modificato per definire sia il volume di accumulo 5 sia i collegamenti, ad esempio filettati, per il sensore di pressione 7 e la valvola di laminazione 8, nonché per i condotti di adduzione collegati agli iniettori.

In questo modo, l’impianto di Figura 1 è più compatto rispetto ad un impianto tradizionale, il quale prevede un elemento dedicato, cioè il rail, per definire il volume di accumulo 5 esterno alla pompa e montato sul motore. Inoltre, anche i costi di realizzazione possono essere inferiori poiché l’impianto presenta un minor numero di componenti. In particolare è possibile evitare il volume di accumulo esterno alla pompa (rail) nonchè il condotto di connessione del rail con la pompa di alta pressione. Conseguentemente anche i pesi si riducono.

Il risparmio di peso e di volume si aggiunge a un miglioramento della stabilità dinamica di funzionamento. Tutti questi aspetti hanno un impatto positivo sostanziale nel settore motoristico.

Risulta infine chiaro che all’impianto descritto e illustrato in Figura 1 è possibile apportare modifiche o varianti senza per questo uscire dall’ambito di tutela come definito dalle rivendicazioni allegate.

Ad esempio, è possibile applicare il principio di un accumulatore avente un volume ridotto ed in particolare inferiore a 5 cm^3 ad un impianto avente un dispositivo di controllo della pressione diverso dal quello descritto in precedenza. L’impianto di Figura 2, a differenza dell’impianto di Figura 1, presenta una valvola di controllo della portata 11, preferibilmente un’ elettrovalvola, disposta a monte dell’aspirazione della pompa 4. La valvola di controllo della portata 11 è collegata alla centralina di controllo e regola sulla base del valore di pressione misurato dal sensore di pressione 7. In questo modo, la portata deviata verso il serbatoio 3 presenta una pressione relativamente bassa e si ottiene un risparmio energetico.

Si osserva che gli impianti CR tradizionali equipaggiati con valvola di controllo della portata del tipo 11 in Figura 2 presentano una risposta dinamica con tempi caratteristici superiori rispetto a quelli propri dell’impianto con valvola di laminazione sul rail. Tuttavia, l’impiego di un volume di accumulo avente dimensioni ridotte, preferibilmente inferiore a 5 cm^3, consente di ridurre notevolmente le inerzie idrauliche e pertanto esso è particolarmente indicato per migliorare le prestazioni dell’impianto CR con valvola di controllo della portata all’ingresso della pompa 4, in particolare di ridurre il tempo della risposta dinamica dell’impianto stesso.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo pompa per un apparato di iniezione del tipo CR comprendente un corpo pompa (9) alloggiante almeno un elemento pompante atto ad essere condotto in rotazione per inviare combustibile pressurizzato verso una porta di mandata, caratterizzato dal fatto che il detto corpo pompa (9) definisce un volume di accumulo (5) collegato in modo fisso e non smontabile alla detta porta di mandata.
2. 2. Gruppo pompa secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il detto corpo pompa (9) definisce una pluralità di porte di uscita (12) collegate al detto volume di accumulo (5) ed atte ad essere collegate fluidodinamicamente ad una pluralità di iniettori del detto apparato di iniezione.
3. 3. Gruppo pompa secondo una delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore di pressione (7) collegato fluidodinamicamente al detto volume di accumulo (5).
4. 4. Gruppo pompa secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una elettrovalvola (8, 11) collegata fluidodinamicamente al detto volume di accumulo (5).
5. 5. Gruppo pompa secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l’ elettrovalvola (8) è una valvola di laminazione.
6. 6. Gruppo pompa secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l’ elettrovalvola (11) è una valvola di controllo della portata.
7. 7. Apparato di iniezione per un motore diesel comprendente una pompa di BP, un gruppo pompa di alta pressione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti collegata alla mandata della detta pompa di bassa pressione, una pluralità di condotti collegati alla mandata del detto gruppo pompa di alta pressione e ad una pluralità di iniettori, il detto sistema di iniezione essendo caratterizzato dal fatto di non comprendere un componente dedicato (rail), da montare sul motore, atto a definire un volume di accumulo.