ITTO20111057A1 - Modulo di interfaccia di pilotaggio per un gruppo di iniezione e relativo dispositivo iniettore - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“MODULO DI INTERFACCIA DI PILOTAGGIO PER UN GRUPPO DI INIEZIONE E RELATIVO DISPOSITIVO INIETTOREâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un modulo di interfaccia di pilotaggio per un gruppo di iniezione e ad un relativo dispositivo iniettore, in particolare per un impianto di alimentazione di un combustibile gassoso, ad esempio GPL o metano, ad un motore endotermico, a cui la trattazione seguente farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Nel settore degli impianti di alimentazione di un combustibile gassoso ad un motore endotermico, à ̈ noto realizzare un impianto comprendente un serbatoio per il contenimento di un combustibile allo stato gassoso o liquefatto, un riduttore di pressione collegato con il serbatoio per ridurre la pressione del combustibile, un collettore di alimentazione collegato con il riduttore di pressione, ed un gruppo di iniezione includente una pluralità di iniettori collegati al collettore di alimentazione per alimentare selettivamente il combustibile a rispettivi cilindri del motore endotermico. Si noti che con il termine “cilindro†si intende qui l’insieme del cilindro di iniezione del combustibile e dell’eventuale condotto di alimentazione interposto tra l’iniettore ed il cilindro di iniezione stesso.

Il gruppo di iniezione può comprendere in generale un corpo scatolato conformato in modo da definire, per ciascun iniettore, una bocca di ingresso del combustibile nell’iniettore ed una bocca di uscita del combustibile dall’iniettore stesso. Il corpo scatolato alloggia al proprio interno, nuovamente per ciascun iniettore, un otturatore montato per spostarsi tra una posizione di chiusura ed una posizione di apertura della bocca di uscita, un attuatore elettromagnetico per spostare l’otturatore dalla sua posizione di chiusura nella sua posizione di apertura, ed un dispositivo elastico di spinta per spostare l’otturatore dalla sua posizione di apertura nella sua posizione di chiusura.

In particolare, gruppi di iniezione di tipo noto prevedono l’utilizzo di iniettori del tipo cosiddetto “popup†(o “a succhiamento†), in cui un’ancora dell’attuatore elettromagnetico esegue un movimento lineare per aprire/chiudere l’otturatore e consentire/inibire l’erogazione del combustibile verso i cilindri. Il comando elettrico comunemente utilizzato per pilotare tale attuatore elettromagnetico à ̈ di tipo ON/OFF, ovvero costituito da un impulso sostanzialmente rettangolare definente, in ciascun periodo operativo, un intervallo di apertura (intervallo “ON†), in cui viene alimentata una corrente di valore sostanzialmente costante per il pilotaggio dell’attuatore elettromagnetico, ed un intervallo di chiusura (intervallo “OFF†), in cui la corrente circolante nell’attuatore elettromagnetico à ̈ sostanzialmente nulla.

La presente richiedente ha realizzato un gruppo di iniezione, in particolare di un combustibile gassoso, ad esempio GPL o metano, che risulta essere particolarmente veloce, preciso ed affidabile, consentendo di effettuare pattern di iniezioni multiple per strategie di iniezione di carburante evolute, volte alla minimizzazione dei consumi ed alla ottimizzazione delle prestazioni del motore endotermico.

Tale gruppo di iniezione à ̈ descritto ad esempio nel brevetto EP 1888 956 B1.

In maggiore dettaglio, e con riferimento alle figure 1, 2 e 3, il gruppo di iniezione, indicato nel suo complesso con 1, à ̈ racchiuso in un corpo scatolato 2, comprendente un corpo cavo 3, avente una base 3a, e su cui à ̈ fissato un raccordo di ingresso 4 per un condotto rigido o flessibile di ingresso del gas, non mostrato nei disegni.

Il corpo scatolato 2 comprende un elemento di chiusura 5, che chiude superiormente il corpo cavo 3, tramite l’interposizione di una piastra intermedia 6. L’elemento di chiusura 5 e la piastra intermedia 6 sono reciprocamente fissate al corpo cavo 3 mediante viti 7a, con l’interposizione di guarnizioni 7b.

L’elemento di chiusura 5 porta un numero di ugelli (nell’esempio pari a quattro) e raccordi di uscita 8, per altrettanti condotti rigidi o flessibili di uscita del gas (non illustrati), ciascuno dei quali à ̈ collegato in modo noto ad un corrispondente cilindro del motore; i raccordi di uscita 8 sono fissati in modo amovibile, ad esempio avvitati a tenuta di gas su corrispondenti passaggi 9, filettati, ricavati nell’elemento di chiusura 5.

La piastra intermedia 6 porta una pluralità di otturatori 10 per altrettanti elettroiniettori 11, ciascuno dei quali à ̈ associato ad almeno un foro 12, praticato attraverso la piastra intermedia 6 e comunicante con un corrispondente passaggio 9; ciascun foro 12 à ̈ realizzato intorno ad un proprio asse longitudinale L.

In particolare, ciascun elettroiniettore 11 Ã ̈ operativamente accoppiato ad un elettromagnete di attuazione 14, comprendente un nucleo 15 di materiale magnetico ed una bobina elettrica 16, avvolta intorno al nucleo 15.

La bobina elettrica 16 Ã ̈ accoppiata ad un circuito stampato 18, integrante opportuni collegamenti elettrici verso uno spinotto esterno 19, atto a consentire la fornitura di opportuni segnali di comando (ad esempio in corrente) per gli elettromagneti di attuazione 14 da parte di una centralina elettronica di comando (nota e qui non illustrata); lo spinotto esterno 19 fuoriesce in modo opportuno dalla base 3a del corpo cavo 3.

Ciascun otturatore 10 comprende una piastra 20, la quale à ̈ realizzata in materiale magnetico, à ̈ affacciata all’elettromagnete di attuazione 14, ed à ̈ provvista, in corrispondenza di una sua prima estremità, di un disco di chiusura 21, in materiale elastomerico, affacciato al rispettivo foro 12.

La piastra 20 à ̈ supportata da una parete di supporto 22, affacciata al nucleo 15 dell’elettromagnete di attuazione 14, in corrispondenza di una seconda estremità della stessa piastra 20, opposta alla prima; la piastra 20 à ̈ inoltre montata per ruotare, rispetto al corpo cavo 3, attorno ad un asse di rotazione 24 ricavato tra la faccia opposta della piastra 20 rispetto al disco di chiusura 21, in corrispondenza della seconda estremità della stessa piastra 20, ed una corrispondente faccia della parete di supporto 22; l’asse di rotazione 24 à ̈ disposto trasversalmente all’asse longitudinale L del foro 12.

In particolare, la piastra 20, sotto l’azione del campo magnetico generato dall’elettromagnete di attuazione 14 in presenza di alimentazione elettrica per la bobina elettrica 16, à ̈ atta a ruotare tra una posizione di apertura (non illustrata), in cui si dispone parallelamente alla faccia della parete di supporto 22 per consentire al disco 21 di disimpegnare il foro 12 ed al combustibile gassoso di fluire attraverso il passaggio 9 verso il relativo cilindro; ed una posizione di chiusura (illustrata in figura 3), in cui la piastra 20 si inclina rispetto all’asse L per consentire al disco 21 di chiudere a tenuta il foro 12 ed impedire al combustibile gassoso di fluire attraverso il passaggio 9. La piastra 20 viene dunque a definire l’ancora dell’elettromagnete di attuazione 14 (si noti che nel seguito si definirà con ancora 20' l’insieme della piastra 20 e del disco 21).

Quando l’alimentazione della bobina elettrica 16 viene interrotta, l’ancora 20' viene spostata, e normalmente mantenuta, nella sua posizione di chiusura da una struttura elastica 25, la quale definisce, unitamente all’elettromagnete di attuazione 14, una valvola atta a controllare selettivamente l’alimentazione di combustibile gassoso al relativo passaggio 9 e raccordo di uscita 8.

In particolare, la struttura elastica 25 comprende una barra 28 in materiale elastomerico ed a sezione circolare, la quale à ̈ disposta con un proprio asse longitudinale parallelo all’asse di rotazione 24, e viene mantenuta a contatto della seconda estremità dell’ancora 20' da una molla 29, avente un asse di estensione parallelo all’asse longitudinale L. Quando la bobina elettrica 16 viene alimentata, l’ancora 20' viene spostata nella sua posizione di apertura contro l’azione della molla 29 dall’elettromagnete di attuazione 14, il quale esercita sull’ancora 20' una coppia di rotazione opposta, e superiore, alla coppia di rotazione esercitata sulla stessa ancora 20' dalla molla 29. La barra 28 presenta vantaggiosamente una struttura reticolare non alterabile permanentemente, ad esempio in un campo di temperature tra -40° C e 180 °C, garantendo una riduzione dell’attrito tra la struttura elastica 25 e l’ancora 20', prolungando così la vita dell’elettroiniettore 11.

La configurazione descritta del gruppo di iniezione 1 consente vantaggiosamente di ottenere un tempo di apertura e chiusura dell’otturatore 10 minore di 0,5 ms, con una fluttuazione temporale inferiore ad una soglia misurabile. La frequenza massima di iniezione à ̈ superiore a 200 Hz, con una vita media delle elettrovalvole dell’ordine di 500 milioni di cicli di azionamento. In condizioni normali di impiego, la ripetitività di funzionamento risulta costante in un intervallo di temperature compreso tra -40° e 120°.

Inoltre, i principi costruttivi e operativi sui quali si basa il gruppo di iniezione 1 consentono di ottenere un notevole risparmio di energia elettrica, durante tutte le fasi di funzionamento.

In particolare, in figura 4a viene mostrato l’andamento della corrente di pilotaggio, indicata con IL, alimentata all’elettromagnete di attuazione 14 e circolante nella bobina elettrica 16, che presenta: una prima fase di crescita rapida (peak), fino ad esempio ad una corrente di 4 A, atta a vincere la forza resistente della struttura elastica 25 e causare la rotazione dell’ancora 20' per l’apertura dell’otturatore 10; seguita da una seconda fase di mantenimento (hold), in cui la corrente di pilotaggio ILsi assesta su un valore notevolmente minore rispetto alla prima fase, in particolare compreso ad esempio tra 0,5 A e 0,6 A. Infatti, una volta vinta la resistenza della struttura elastica 25, à ̈ sufficiente alimentare una corrente di pilotaggio ILminore per mantenere comunque in posizione di apertura l’otturatore 10. Si noti che nella figura 4a viene indicato con Tinjl’intervallo di iniezione, ovvero l’intervallo di tempo del periodo operativo in cui l’otturatore 10 resta aperto, consentendo al gas di fluire nel passaggio 9 e nel raccordo di uscita 8 verso il rispettivo cilindro del motore endotermico. Tale andamento della corrente di pilotaggio ILviene solitamente indicato come andamento “peak & hold†.

In particolare, à ̈ immediato verificare come l’andamento della corrente di pilotaggio ILrisulti notevolmente più efficiente in termini del consumo elettrico, rispetto ad un andamento di tipo ON-OFF, comunemente utilizzato per pilotare iniettori di tipo tradizionale (con movimento lineare dell’ancora), in cui la corrente rimane sostanzialmente al valore massimo per tutto l’intervallo di iniezione Tinj.

In figura 4b viene mostrato il corrispondente andamento della pressione del gas in uscita dal gruppo di iniezione 1, in cui si indicano con Togli intervalli di apertura e chiusura dell’otturatore 10 degli elettroiniettori 11, come detto aventi ad esempio durata minore di 0,5 ms, e come tali assicuranti un tempo minimo di iniezione estremamente ridotto (tale da consentire la realizzazione di evolute strategie di iniezione).

L’utilizzo del gruppo di iniezione 1 precedentemente descritto risulta dunque estremamente vantaggioso nella realizzazione di impianti di alimentazione, in particolare di combustibile gassoso, per motori endotermici.

In particolare, Ã ̈ nota la frequente esigenza di equipaggiare veicoli dotati di pre-esistenti impianti di iniezione di combustibile (ad esempio di tipo a benzina o diesel) con impianti di iniezione a gas, in sostituzione agli, o in aggiunta degli, impianti pre-esistenti, ad esempio per scopi di riduzione dei consumi e delle emissioni inquinanti.

In tal caso, per soddisfare tale esigenza, à ̈ prassi comune installare nei veicoli un impianto di iniezione del gas comprendente almeno un gruppo di iniezione, disposto in modo da accoppiarsi meccanicamente ai cilindri del motore ed elettricamente alla centralina elettronica di comando (ECU – Electronic Control Unit) pre-esistente del veicolo. Solitamente, tali impianti di iniezione del gas comprendono una propria centralina di comando, accoppiata esternamente al gruppo di iniezione del gas, atta ad interfacciarsi con la ECU pre-esistente del veicolo, per gestire la strategia e la temporizzazione dell’iniezione del gas attraverso lo stesso gruppo di iniezione.

Inoltre, à ̈ altrettanto nota l’esigenza di modificare impianti di iniezione di gas pre-esistenti, dotati di tecnologia di iniezione per così dire “tradizionale†(ad esempio utilizzanti iniettori con pilotaggio di tipo ON-OFF, tipici degli impianti di iniezione a benzina), con l’adozione di gruppi di iniezione più evoluti, ad esempio del tipo descritto nel suddetto brevetto EP 1 888 956 B1, al fine di migliorarne l’efficienza di iniezione.

Anche in tal caso, tale esigenza può essere soddisfatta sostituendo il gruppo di iniezione, ed accoppiando il nuovo gruppo di iniezione “evoluto†, meccanicamente ai cilindri del motore ed elettricamente alla centralina elettronica di comando pre-esistente del veicolo.

Tuttavia, in queste situazioni di modifica di impianti pre-esistenti, i segnali di comando generati dalla centralina elettronica di comando pre-esistente del veicolo generalmente non risultano ottimizzati per le caratteristiche strutturali e operative degli iniettori del nuovo gruppo di iniezione, installato in sostituzione a quello pre-esistente, con la conseguenza di non essere in grado di sfruttarne le caratteristiche peculiari; ciò comporta la conseguenza di ridurre i vantaggi dell’operazione di sostituzione ed aggiornamento dell’impianto di iniezione. Ad esempio, i segnali di comando forniti ai nuovi iniettori dalla centralina elettronica di comando possono essere del tipo “ON-OFF†, e non consentire così di ottenere la riduzione del consumo elettrico e l’incremento prestazionale precedentemente illustrati.

Una soluzione a tale problema potrebbe essere quella di riprogrammare la centralina elettronica di comando preesistente del veicolo, ma tale operazione può comportare ulteriori svantaggi, tra cui: la difficoltà di riprogrammazione, in particolar modo nel caso di veicoli non di recente generazione; o la possibilità del verificarsi di errori nel corso della riprogrammazione. Inoltre, potrebbero essere necessarie modifiche strutturali all’hardware associato alla centralina elettronica di comando, ad esempio per l’introduzione di uno stadio elettronico di potenza per la generazione dei segnali di pilotaggio.

In generale, Ã ̈ evidente che sarebbe vantaggiosa una soluzione che potesse consentire di sfruttare appieno le caratteristiche del nuovo gruppo di iniezione installato, minimizzando al tempo stesso le modifiche richieste al sistema elettronico pre-esistente del veicolo.

Lo scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire una soluzione, quanto meno parziale, ai problemi sopra evidenziati.

Secondo la presente invenzione, vengono pertanto forniti un modulo di interfaccia di pilotaggio per un gruppo di iniezione, ed un relativo dispositivo iniettore, come definiti nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, puramente a titolo di esempi non limitativi e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 mostra una vista prospettica schematica di un gruppo di iniezione di tipo noto, per l’iniezione di combustibile gassoso;

- la figura 2 Ã ̈ una sezione trasversale schematica del gruppo di iniezione di figura 1;

- la figura 3 Ã ̈ una sezione del gruppo di iniezione presa lungo la linea III-III di figura 2;

- le figure 4a e 4b mostrano rispettivamente una corrente di pilotaggio ed una curva di pressione associate al gruppo di iniezione di figura 1;

- la figura 5 mostra una vista prospettica schematica di un dispositivo iniettore, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;

- la figura 6 Ã ̈ una vista prospettica schematica di una porzione del dispositivo iniettore di figura 5, parzialmente in spaccato;

- la figura 7 Ã ̈ una sezione trasversale schematica del dispositivo iniettore di figura 5;

- la figura 8 mostra uno schema a blocchi elettronico di un modulo di interfaccia di pilotaggio del dispositivo iniettore di figura 5;

- le figure 9a-9d mostrano grafici di segnali elettrici associati al modulo di interfaccia di pilotaggio di figura 8;

- la figura 10 mostra uno schema circuitale di uno stadio di uscita del modulo di interfaccia di pilotaggio di figura 8; e

- la figura 11 mostra uno schema a blocchi di un impianto di iniezione a benzina includente il dispositivo iniettore per l’iniezione di combustibile gassoso, secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione.

Come sarà descritto in dettaglio, un aspetto della presente invenzione prevede di realizzare un modulo di interfaccia di pilotaggio, che si accoppi meccanicamente ed elettricamente ad un gruppo di iniezione di tipo “evoluto†, ad esempio del tipo descritto in precedenza con riferimento alle figure 1-3, atto ad essere installato, ad esempio per l’aggiornamento di un impianto di iniezione pre-esistente di un veicolo, e sia in grado di ricevere segnali di comando “tradizionali†forniti da una centralina eletttronica di comando pre-esistente del veicolo, per generare a partire da essi, e fornire al gruppo di iniezione, segnali di pilotaggio opportuni e specifici, tali da permettere di sfruttarne appieno le caratteristiche.

Nelle figure 5, 6 e 7 viene mostrato il modulo di interfaccia di pilotaggio, indicato in generale con 30, che si accoppia ad un gruppo di iniezione di tipo evoluto, ad esempio del tipo descritto con riferimento alle figure 1-3, nuovamente indicato con il numero di riferimento 1 (e non descritto nuovamente in dettaglio), per realizzare un dispositivo iniettore 100.

Il modulo di interfaccia di pilotaggio 30 comprende un corpo a tazza 31, che si accoppia alla base 3a del corpo scatolato 2 del gruppo di iniezione 1, ad esempio mediante l’impiego di viti o analoghi elementi di connessione 32.

Il corpo a tazza 31 definisce al suo interno uno spazio vuoto 33, in cui à ̈ alloggiato un circuito stampato 34 integrante opportuni componenti elettronici 35, atti a formare un circuito elettronico di pilotaggio, che verrà descritto in dettaglio in seguito.

Il circuito stampato 34 à ̈ fissato ad una superficie inferiore 31a del corpo a tazza 31 mediante elementi di fissaggio 36, ad esempio viti, e porta inoltre un connettore di interfaccia 38, configurato in modo da accoppiarsi allo spinotto esterno 19 del gruppo di iniezione 1 (nell’esempio illustrato, lo spinotto esterno 19 presenta sei poli ed il connettore di interfaccia 38 include ad esempio una connessione a sei ingressi).

Il corpo a tazza 31 del modulo di interfaccia di pilotaggio 30 presenta inoltre lateralmente un’apertura atta ad alloggiare un connettore di ingresso 39 per un cavo elettrico di interfaccia 40, atto ad essere collegato elettricamente alla centralina elettronica di comando preesistente del veicolo, mostrata schematicamente ed indicata con 42 in figura 7. Il cavo elettrico di interfaccia 40 racchiude in modo noto un opportuno numero di fili elettrici 44, che vengono accoppiati elettricamente al circuito stampato 34 all’interno del corpo a tazza 31, per il tramite del connettore di ingresso 39, e consente lo scambio di segnali (di potenza, di dati e/o di alimentazione) tra la centralina elettronica di comando 42 ed il circuito elettronico di pilotaggio.

Vantaggiosamente, il corpo a tazza 31 à ̈ realizzato di materiale metallico, ad esempio alluminio, e presenta esternamente una pluralità di alette 45 (si veda la figura 5), in modo da fungere anche da dissipatore del calore generato, durante l’uso, dal circuito elettronico di pilotaggio. Inoltre, lo stesso calore generato dal circuito elettronico di pilotaggio può vantaggiosamente essere impiegato con funzione di stabilizzazione della temperatura di esercizio degli elettroiniettori 11 (in particolare, in condizioni di bassa temperatura ambientale); così come la bassa temperatura del combustibile da iniettare può essere a sua volta sfruttata per la dissipazione del calore generato dallo stesso circuito elettronico di pilotaggio, in differenti condizioni operative.

In maggiore dettaglio, e come mostrato in figura 8, il circuito elettronico di pilotaggio, indicato nel suo insieme con 50, comprende uno stadio regolatore di tensione 51 (di tipo per sé noto e per questo non descritto in dettaglio), che riceve in ingresso dal connettore di ingresso 39 e dal cavo elettrico di interfaccia 40 una tensione di batteria Vbat, ad esempio pari a 12 V, fornita dalla batteria del veicolo (non illustrata), ed un riferimento di massa GND, e fornisce in uscita una tensione di alimentazione logica Vcc, di valore regolato, ad esempio pari a 5 V.

Il circuito elettronico di pilotaggio 50 comprende inoltre: uno stadio di ingresso 52, collegato elettricamente al connettore di ingresso 39; uno stadio controllore 54, collegato all’uscita dello stadio di ingresso 52; ed uno stadio di uscita 55, collegato all’uscita dello stadio controllore 54 e collegato elettricamente al connettore di interfaccia 38. Lo stadio di ingresso 52, lo stadio controllore 54 e lo stadio di uscita 55 ricevono, per il loro funzionamento, la tensione di alimentazione logica Vccgenerata dallo stadio regolatore di tensione 51.

Lo stadio di ingresso 52 riceve segnali di comando di iniezione InjIn, generati dalla centralina elettronica di comando 42 del veicolo, in numero pari al numero degli elettroiniettori 11 del gruppo di iniezione 1 che devono essere opportunamente pilotati durante il funzionamento del dispositivo iniettore 100 (ad esempio in numero pari a quattro nell’esempio che fa riferimento al gruppo di iniezione 1 di figura 1). I segnali di comando di iniezione InjIn sono segnali di tipo “tradizionale†, ad esempio segnali di tensione (o di corrente) di tipo ON-OFF (come illustrato schematicamente nella figura 9a), includenti impulsi rettangolari aventi ampiezza corrispondente alla tensione di batteria Vbate durata pari all’intervallo di iniezione Tinjdesiderato per il rispettivo elettroiniettore 11, ad esempio pari a 15 ms; nella stessa figura 9a viene inoltre indicato con T il periodo operativo del ciclo di iniezione.

Lo stadio di ingresso 52 à ̈ configurato per generare, a partire dai segnali di comando di iniezione InjIn, segnali di comando InjInput, aventi valori logici (ovvero compresi tra 0 V e Vcc). I segnali di comando InjInput corrispondono ai segnali di comando di iniezione InjIn, avendo solamente valori di tensione traslati verso il basso rispetto ad essi (essendo dunque anch’essi impulsi rettangolari di durata pari all’intervallo di iniezione Tinj, ma di ampiezza corrispondente alla tensione di alimentazione logica Vcc). In particolare, come illustrato in figura 9b, i segnali di comando InjInput possono inoltre essere invertiti rispetto ai segnali di comando di iniezione InjIn, avendo dunque un valore corrispondente a Vccquando i segnali di comando di iniezione InjIn presentano un valore corrispondente a 0 V, ed un valore corrispondente a 0 V quando gli stessi segnali di comando di iniezione InjIn hanno un valore corrispondente a Vbat.

In maniera non illustrata e di per sé nota, lo stadio di ingresso 52 può comprendere un numero di circuiti pari al numero dei segnali di comando di iniezione InjIn, ciascuno alimentato dalla tensione di alimentazione logica Vcc.

Lo stadio controllore 54, includente ad esempio un microprocessore, un microcontrollore, un DSP – Digital Signal Processor (o un’analoga unità di elaborazione), riceve in ingresso i segnali di comando InjInput (aventi valori compatibili con la dinamica di ingresso dello stesso stadio controllore 54) e genera in uscita opportuni segnali di comando in modulazione di larghezza di impulso PWM (Pulse Width Modulation), indicati con InjPWM, nuovamente in numero pari al numero degli elettroiniettori 11 del gruppo di iniezione 1.

In particolare, come illustrato in figura 9c, ciascun segnale di comando in PWM InjPWM presenta, per ogni periodo operativo, una durata pari all’intervallo di iniezione Tinje comprende un primo impulso avente una prima durata T1, ad esempio pari a 3 ms, ed una pluralità di successivi impulsi aventi una durata in stato acceso T2ON, molto minore della prima durata T1, ad esempio pari a 44 Î1⁄4s (con durata in stato spento T2OFFpari ad esempio a 56 Î1⁄4s).

Come sarà evidente dalla descrizione seguente, la prima durata T1corrisponde alla prima fase di crescita rapida (peak) nell’andamento della corrente di pilotaggio IL, che deve essere alimentata agli elettromagneti di attuazione 14 degli elettroiniettori 11 per vincere la forza resistente della struttura elastica 25 e causare la rotazione dell’ancora 20' per l’apertura dell’otturatore 10 (si veda anche la discussione precedente e la figura 3); mentre la pluralità di successivi impulsi che si ripetono ad una frequenza elevata, ad esempio pari a 10 kHz, corrispondono alla fase di mantenimento (hold) nell’andamento della corrente di pilotaggio IL.

Lo stadio controllore 54, in funzione dei segnali di comando InjInput, genera in uscita segnali di spegnimento InjDrv, nuovamente in numero pari al numero degli elettroiniettori 11, destinati, come sarà descritto in dettaglio in seguito, a causare una rapida scarica degli stessi elettroiniettori 11 al termine della fase di iniezione (in modo da determinare tempi di chiusura estremamente rapidi degli stessi elettroiniettori 11).

Lo stadio controllore 54 riceve inoltre, ad esempio come sarà illustrato in seguito, segnali di controllo Check, in numero pari al numero degli elettroiniettori 11, ciascuno relativo ad un rispettivo stato operativo degli stessi elettroiniettori 11. Ad esempio, tali segnali di controllo Check possono essere indicativi del carico reattivo rappresentato in uscita dagli elettroiniettori 11, e vengono inviati in retroazione allo stadio controllore 54 da parte dello stadio di uscita 55. In funzione dei segnali di controllo Check, lo stadio controllore 54 genera in uscita un segnale diagnostico Diag, un cui valore à ̈ indicativo di una condizione di funzionamento, normale o anomalo, degli elettroiniettori 11.

Tale segnale diagnostico Diag viene in particolare fornito alla centralina elettronica di comando 42, in modo tale che la stessa possa eseguire, in maniera di per sé nota e qui non descritta in dettaglio, opportuni test e valutazioni per comprendere la natura del problema ed eventualmente individuare l’elettroiniettore 11 coinvolto nel problema stesso, e/o attivare opportune segnalazioni. Il segnale diagnostico Diag viene fornito in uscita alla centralina elettronica di comando 42 tramite il connettore di ingresso 39 ed il cavo elettrico di interfaccia 40.

Lo stadio di uscita 55 riceve i segnali di comando PWM InjPWM generati dallo stadio controllore 54 ed à ̈ configurato per generare in uscita segnali analogici di pilotaggio, indicati con InjOut, che vengono forniti per il pilotaggio degli elettromagneti di attuazione 14 dei vari elettroiniettori 11, attraverso il connettore di interfaccia 38 e lo spinotto esterno 19.

In particolare, come mostrato in figura 9d, i segnali di pilotaggio InjOut presentano un andamento del tipo “peak & hold†, con una prima fase di crescita rapida, avente sostanzialmente la prima durata T1, seguita da una fase di mantenimento, avente durata pari alla restante parte dell’intervallo di iniezione Tinj, in cui la corrente di pilotaggio ILoscilla intorno al valore di mantenimento.

Lo stadio di uscita 55 fornisce inoltre in retroazione allo stadio controllore 54 i segnali di controllo Check, relativi allo stato di funzionamento dei vari elettroiniettori 11, e riceve, dallo stesso stadio controllore 54, i segnali di spegnimento InjDrv.

In figura 10 viene mostrata una possibile forma di realizzazione di una porzione dello stadio di uscita 55, limitatamente ad un primo canale di uscita relativo ad un primo degli elettroiniettori 11 (non vengono mostrati gli ulteriori canali, aventi comunque struttura analoga, relativi agli altri elettroiniettori 11 del dispositivo iniettore 100).

Lo stadio di uscita 55 presenta, per ciascun canale di uscita, un primo ingresso 56a atto a ricevere uno dei segnali di comando in PWM, indicato con InjPWM1, ed un secondo ingresso 56b atto a ricevere il corrispondente segnale di comando, indicato con InjInput1.

Lo stadio di uscita 55 comprende: una porta logica AND 57, avente terminali di ingresso collegati al primo ed al secondo ingresso 56a, 56b; un elemento interruttore di potenza 58, in particolare un transistore MOSFET a canale N, avente terminale di controllo collegato all’uscita della porta logica AND 57, tramite l’interposizione di un primo resistore 59, terminale di sorgente collegato alla massa GND del circuito, tramite l’interposizione di un secondo resistore 60, e terminale di pozzo collegato ad un’uscita 56c dello stadio di uscita 55, fornente il corrispondente segnale analogico di pilotaggio, indicato con InjOut1, ed atta ad essere collegata, attraverso il connettore di interfaccia 38, ad un relativo elettroiniettore 11 del gruppo di iniezione 1 (qui schematizzato con la sua induttanza equivalente, avente un primo morsetto collegato all’uscita 56c ed un secondo morsetto ricevente la tensione di batteria Vbat). Sul terminale di sorgente dell’elemento interruttore di potenza 58 à ̈ inoltre presente il segnale di controllo, qui indicato con Check1, relativo all’elettroiniettore 11 associato al primo canale di uscita.

Lo stadio di uscita 55 comprende inoltre: un diodo 62, avente anodo collegato all’uscita 56c e catodo collegato ad un primo nodo interno 63a; un terzo resistore 64, collegato tra il primo nodo interno 63a ed un secondo nodo interno 63b; ed un transistore di spegnimento 65, di tipo bipolare NPN, collegato tra la massa GND del circuito ed il secondo nodo interno 63b, mediante l’interposizione di un quarto resistore 66, ed avente terminale di controllo ricevente il segnale di spegnimento, qui indicato con InjDrv1, relativo all’elettroiniettore 11 associato al primo canale di uscita.

Lo stadio di uscita 55 comprende inoltre, per ciascun canale di uscita, un transistore di scarica 68, in particolare di tipo MOS a canale P, avente terminale di pozzo ricevente la tensione di batteria Vbat, terminale di sorgente collegato al primo nodo interno 63a, e terminale di controllo collegato al secondo nodo interno 63b.

In uso, il segnale di comando in PWM InjPWM1 generato dallo stadio controllore 54, alimentato al circuito appena descritto, comanda alternativamente in chiusura o apertura l’elemento interruttore di potenza 58, causando l’incremento o il decremento della corrente di pilotaggio ILcircolante nel relativo elettroiniettore 11, o, analogamente, i tratti di salita/discesa del relativo segnale di pilotaggio InjOut1, secondo l’andamento mostrato in figura 9d, fornendo inoltre i valori di potenza elettrica richiesti. In particolare, la carica dell’elettroiniettore 11 avviene attraverso l’elemento interruttore di potenza 58, mentre la scarica avviene attraverso il diodo 62 ed il transistore di scarica 68.

La presenza della porta logica AND 57 fa sì che il segnale fornito al terminale di controllo dell’elemento interruttore di potenza 58 non risenta direttamente dell’eventuale incertezza temporale derivante dall’elaborazione svolta dallo stadio controllore 54 (ad esempio, a causa del ciclo di interrogazione degli interrupt o dall’esecuzione in priorità di differenti istruzioni); in particolare, l’interruzione dell’iniezione viene direttamente comandata dal valore del segnale di comando InjInput1.

Il segnale di controllo Check1, prelevato sul terminale di sorgente dell’elemento interruttore di potenza 58, risulta avere un valore indicativo del carico presente sull’uscita 56c, e quindi dello stato di funzionamento del primo elettroiniettore 11, consentendo di evidenziarne eventuali anomalie di funzionamento; ad esempio, un’eventuale interruzione della bobina dell’elettroiniettore 11 comporta un’interruzione della corrente circolante attraverso l’elemento interruttore di potenza 58, indipendente dalla sua condizione di pilotaggio.

Inoltre, quando il segnale di spegnimento InjDrv1 viene posto al valore logico basso (essendo normalmente posto al valore logico alto, comandando in conduzione il transistore di scarica 68), la configurazione circuitale descritta fa sì che sia precluso il passaggio di corrente dall’uscita 56c verso il primo nodo interno 63a, e che la corrente circolante nel primo elettroiniettore 11 si scarichi dunque rapidamente attraverso l’elemento interruttore di potenza 58, che risulta opportunamente protetto da sovratensioni; si assicura così lo spegnimento dell’elettroiniettore 11 e l’interruzione dell’iniezione di combustibile in tempi estremamente rapidi.

Da quanto à ̈ stato descritto ed illustrato precedentemente, i vantaggi che la presente soluzione consente di ottenere sono evidenti.

In particolare, viene fornito un modulo di interfaccia di pilotaggio che si accoppia ad un gruppo di iniezione di tipo evoluto per fornire gli opportuni segnali di pilotaggio richiesti per il suo corretto funzionamento, a partire da segnali di comando di tipo “tradizionale†forniti da una centralina elettronica di comando preesistente del veicolo.

In tal modo, risulta possibile effettuare l’aggiornamento di impianti di iniezione di tipo tradizionale, semplicemente tramite la sostituzione dei dispositivi iniettori (includenti il suddetto modulo di interfaccia di pilotaggio, eventualmente in maniera preassemblata e calibrata in fabbrica), senza che siano richieste complesse, costose e rischiose operazioni di modifica software/hardware e di riprogrammazione dei sistemi elettronici pre-esistenti (ed in particolare della centralina elettronica di comando del veicolo).

Vengono inoltre assicurati tempi di risposta estremamente rapidi ai comandi di iniezione, sia grazie alle caratteristiche meccaniche del gruppo di iniezione evoluto, sia grazie agli opportuni accorgimenti circuitali previsti nel modulo di interfaccia di pilotaggio ad esso elettricamente accoppiato.

In conclusione, à ̈ chiaro che modifiche e varianti possono essere apportate a quanto à ̈ stato descritto ed illustrato sin qui, senza tuttavia scostarsi dall’ambito di tutela della presente invenzione come definito nelle rivendicazioni allegate.

In generale, Ã ̈ evidente che il modulo di interfaccia di pilotaggio precedentemente descritto trova vantaggiosa applicazione indipendentemente dalla tipologia di gruppo di iniezione a cui si accoppia, essendo comunque configurato per generare opportuni segnali di comando specifici per lo stesso gruppo di iniezione, a partire dai segnali di comando tradizionali forniti dalla centralina elettronica di comando pre-esistente del veicolo.

In particolare, nel caso di trasformazione o aggiornamento di pre-esistenti impianti di iniezione a benzina con il dispositivo iniettore 100 per l’iniezione di gas nei cilindri del veicolo, il modulo di interfaccia di pilotaggio 30 può vantaggiosamente includere al suo interno anche le funzioni della centralina elettronica di comando (ECU) configurata per gestire l’iniezione del gas stesso, che può essere in tal caso accoppiata al circuito stampato 34 all’interno del corpo a tazza 31, ed inclusa nel circuito elettronico di pilotaggio 50.

Come mostrato schematicamente in figura 11, il modulo di interfaccia di pilotaggio 30 nel dispositivo iniettore 100 si interfaccia direttamente alla centralina elettronica di comando 42 pre-esistente nel veicolo, in questo caso costituita dalla ECU dell’impianto di iniezione a benzina, atta a comandare in maniera di per sé nota, attraverso iniettori di benzina, indicati con 70, l’iniezione di benzina nei cilindri del motore (indicati schematicamente con 72). Il modulo di interfaccia di pilotaggio 30 riceve dalla centralina elettronica di comando 42 segnali di comando indicativi ad esempio dell’inizio di un’iniezione di combustibile (decisa in modo di per sé noto dalla stessa centralina elettronica di comando 42, in base ad esempio alle condizioni operative del motore). Il circuito elettronico di pilotaggio 50, à ̈ qui configurato non solo in modo da generare gli opportuni segnali di pilotaggio per gli elettroiniettori 11, di tipo evoluto, ma anche per gestire il pattern e la temporizzazione opportuna delle iniezioni di gas.

Appare in questo caso evidente il vantaggio offerto dalla soluzione descritta, che consente di evitare di installare nel veicolo una ulteriore centralina di comando per la gestione dell’iniezione di gas, in aggiunta alla centralina elettronica di comando 42 pre-esistente nel veicolo, e di realizzare la trasformazione dell’impianto di iniezione semplicemente accoppiando il dispositivo iniettore 100 meccanicamente ai cilindri del veicolo ed elettricamente alla stessa centralina elettronica di comando 42, con una notevole riduzione della complessità delle operazioni e dei cablaggi richiesti.

In altre parole, da quanto discusso, appare evidente che la centralina elettronica di comando 42, pre-esistente nel veicolo, che si interfaccia con il modulo di interfaccia di pilotaggio 30 secondo la presente invenzione possa essere alternativamente: una ECU di un impianto di iniezione di gas già presente sul veicolo, ma operante in maniera tradizionale (ovvero, non essendo ad esempio in grado di generare segnali di pilotaggio di tipo “peak & hold†); oppure una ECU di un impianto di iniezione principale del veicolo (in particolare a benzina), come precedentemente discusso in dettaglio.

Inoltre, la configurazione del gruppo di iniezione descritta nell’esempio illustrativo non à ̈ di per sé limitativa, potendo ad esempio essere presenti un diverso numero di ugelli e raccordi di uscita 8, o un numero differente di elettromagneti di attuazione 14 per ciascuno degli stessi raccordi di uscita 8.

La stessa modalità di accoppiamento, elettrico e/o meccanico del modulo di interfaccia di pilotaggio può risultare differente; ad esempio, il modulo può essere disposto a distanza dal relativo gruppo di iniezione, senza essere ad esso direttamente accoppiato, essendo comunque in grado di fornire i segnali di pilotaggio richiesti.

A titolo di esempio, nel caso in cui siano presenti una pluralità di iniettori singoli, eventualmente accoppiati ad uno stesso rail di alimentazione del combustibile, il modulo di interfaccia di pilotaggio può essere accoppiato meccanicamente al rail ed elettricamente ai vari iniettori, mediante rispettivi cablaggi, che consentano la fornitura dei segnali di pilotaggio “evoluti†generati internamente a partire dai segnali di comando ricevuti dalla centralina elettronica di comando del veicolo.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Modulo di interfaccia di pilotaggio (30) per un gruppo di iniezione (1) di un combustibile gassoso in un motore endotermico di un veicolo, caratterizzato dal fatto di comprendere: - un primo elemento di connessione elettrica (39) configurato in modo da ricevere almeno un segnale di comando di iniezione (InjIn) da una centralina elettronica di comando (42) di detto veicolo, destinato a gestire l’iniezione in detto motore; - un circuito elettronico di pilotaggio (50) configurato in modo da generare, a partire dal segnale di comando di iniezione (InjIn), almeno un segnale di pilotaggio (InjOut) adatto a pilotare il gruppo di iniezione (1) per realizzare l’iniezione di combustibile gassoso; ed - un secondo elemento di connessione elettrica (38) configurato in modo da accoppiarsi elettricamente al gruppo di iniezione (1), per fornire il segnale di pilotaggio (InjOut).
2. 2. Modulo secondo la rivendicazione 1, comprendente un involucro (31) configurato in modo da accoppiarsi meccanicamente ad un corpo scatolato (2) del gruppo di iniezione (1), portante il primo (39) ed il secondo (38) elemento di connessione elettrica, ed alloggiante un circuito stampato (35) in cui à ̈ realizzato il circuito elettronico di pilotaggio (50).
3. 3. Modulo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il segnale di comando di iniezione (InjIn) à ̈ un segnale di tipo ON/OFF avente un primo valore destinato a comandare l’iniezione del combustibile per un dato intervallo di iniezione (Tinj) ed un secondo valore destinato ad impedire l’iniezione del combustibile; ed in cui il circuito elettronico di pilotaggio (50) à ̈ configurato in modo che il segnale di pilotaggio (InjOut) abbia, all’interno dell’intervallo di iniezione (Tinj), un tratto di crescita fino ad un valore massimo per un primo intervallo temporale (T1), seguito da un tratto di mantenimento intorno ad un valore di mantenimento, minore del valore massimo.
4. 4. Modulo secondo la rivendicazione 3, in cui il circuito elettronico di pilotaggio (50) comprende uno stadio controllore (54), ed uno stadio di uscita (55) dotato di almeno un elemento interruttore di pilotaggio (58) avente un terminale di controllo ed un primo terminale di conduzione, atto ad essere collegato ad un rispettivo elettroiniettore (11) del gruppo di iniezione (1), e su cui à ̈ presente il segnale di pilotaggio (InjOut); lo stadio controllore (54) essendo configurato in modo da generare, in funzione del segnale di comando di iniezione (InjIn), un segnale di comando in PWM (InjPWM) per il terminale di controllo dell’elemento interruttore di pilotaggio (58), atto a controllarne selettivamente l’apertura o la chiusura.
5. 5. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il circuito elettronico di pilotaggio (50) Ã ̈ configurato in modo da rilevare lo stato operativo di elettroiniettori (11) del gruppo di iniezione (1), e fornire alla centralina elettronica di comando (42) un segnale di diagnostica (Diag) relativo allo stato operativo degli elettroiniettori (11), attraverso il primo elemento di connessione elettrica (39).
6. 6. Modulo secondo la rivendicazione 5, in cui il circuito elettronico di pilotaggio (50) Ã ̈ configurato in modo da determinare lo stato operativo degli elettroiniettori (11) in funzione di un carico reattivo rilevato in uscita.
7. 7. Modulo secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il circuito elettronico di pilotaggio (50) comprende uno stadio controllore (54) ed uno stadio di uscita (55), dotato di almeno un elemento interruttore di pilotaggio (58) avente un terminale di controllo, un primo terminale di conduzione, atto ad essere collegato ad un rispettivo elettroiniettore (11) del gruppo di iniezione (1) e su cui à ̈ presente il segnale di pilotaggio (InjOut), ed un secondo terminale di conduzione, su cui à ̈ presente un segnale di controllo (Check); lo stadio controllore (54) essendo configurato in modo da generare il segnale di diagnostica (Diag) in funzione del segnale di controllo (Check).
8. 8. Modulo secondo la rivendicazione 4, in cui il circuito elettronico di pilotaggio (50) comprende inoltre: uno stadio di scarica (62, 68) collegato al primo terminale di conduzione dell’elemento interruttore (58), la corrente nell’elettroiniettore (11) essendo atta a circolare attraverso lo stadio di scarica (62, 68) all’apertura dell’elemento interruttore di pilotaggio (58); ed un elemento di spegnimento (65) comandato da un segnale di spegnimento (InjDrv) in modo da inibire il passaggio di corrente nello stadio di scarica (62, 68) e causare una scarica rapida della corrente attraverso l’elemento interruttore (58); lo stadio controllore (54) essendo configurato in modo da generare il segnale di spegnimento (InjDrv).
9. 9. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo elemento di connessione elettrica (39) à ̈ configurato in modo da ricevere una pluralità di segnali di comando di iniezione (InjIn) dalla centralina elettronica di comando (42) del veicolo, ed il circuito elettronico di pilotaggio (50) à ̈ configurato in modo da generare, a partire dai segnali di comando di iniezione (InjIn), una pluralità di segnali di pilotaggio (InjOut), ciascuno adatto a pilotare un rispettivo elettroiniettore (11) del gruppo di iniezione (1).
10. 10. Modulo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto circuito elettronico di pilotaggio (50) à ̈ configurato in modo da definire, a partire dal segnale di comando di iniezione (InjIn), una strategia ed una temporizzazione dell’iniezione di gas attraverso detto gruppo di iniezione (1), e generare di conseguenza detto segnale di pilotaggio (InjOut).
11. 11. Dispositivo iniettore (100), comprendente un gruppo di iniezione (1) per l’alimentazione di combustibile gassoso ad un motore endotermico di un veicolo, ed un modulo di interfaccia di pilotaggio (30) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 11, in cui il gruppo di iniezione (1) comprende un corpo scatolato (2) definente almeno un ingresso (4) del combustibile all’interno del gruppo di iniezione (1) ed almeno un’uscita (8) del combustibile dal gruppo di iniezione (1), ed almeno un elettroiniettore (11) disposto tra l’ingresso (4) e l’uscita (8) ed attuabile per abilitare selettivamente il passaggio del combustibile tra l’ingresso (4) e l’uscita (8); in cui l’elettroiniettore (11) comprende: un elettromagnete (14) atto a ricevere il segnale di pilotaggio (InjOut); un otturatore (10) comandato dall’elettromagnete (14) per aprire/chiudere un foro (12) verso l’uscita (8) e dotato di una piastra (20) provvista, in corrispondenza di una sua prima estremità, di un disco di chiusura (21) affacciato al foro (12) e configurata in modo da ruotare intorno ad un asse di rotazione (24) posto in corrispondenza di una sua seconda estremità; ed una struttura elastica (25) dotata di una barra (28) mantenuta a contatto della seconda estremità della piastra (20) da un elemento elastico (29); detta piastra (20) essendo posta normalmente in posizione di chiusura del foro (12) ed essendo ruotabile per effetto della forza elettromagnetica generata dall’elettromagnete (14) contro l’azione della struttura elastica (25) per aprire il foro (12) e consentire il passaggio del combustibile verso l’uscita (8).
13. 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 12, in cui il corpo scatolato (2) definisce una pluralità di uscite (8) del combustibile dal gruppo di iniezione (1), ed il gruppo di iniezione (1) comprende una pluralità di elettroiniettori (11), ciascuno disposto tra l’ingresso (4) ed una rispettiva delle uscite (8) ed attuabile per abilitare selettivamente il passaggio del combustibile tra l’ingresso (4) e la rispettiva uscita (8); ed in cui il modulo di interfaccia di pilotaggio (30) à ̈ configurato in modo da ricevere una pluralità di segnali di comando di iniezione (InjIn) dalla centralina elettronica di comando (42) del veicolo, e generare, a partire dai segnali di comando di iniezione (InjIn), una pluralità di segnali di pilotaggio (InjOut), ciascuno adatto a pilotare un rispettivo elettroiniettore (11) del gruppo di iniezione (1) per realizzare l’iniezione di combustibile gassoso verso la rispettiva uscita (8).
14. 14. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-13, in cui il gruppo di iniezione (1) comprende un corpo scatolato (2) definente almeno un ingresso (4) del combustibile all’interno del gruppo di iniezione (1) ed almeno un’uscita (8) del combustibile dal gruppo di iniezione (1), ed avente una base (3a) disposta in posizione longitudinalmente opposta all’uscita (8); ed in cui il modulo di interfaccia di pilotaggio (30) comprende un involucro (31) configurato in modo da accoppiarsi meccanicamente al corpo scatolato (2) in corrispondenza della sua base (3a).
15. 15. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-14, in cui il gruppo di iniezione (1) comprende un corpo scatolato (2) ed uno spinotto di collegamento elettrico (19) fuoriuscente dal corpo scatolato (2); in cui lo spinotto di collegamento elettrico (19) Ã ̈ configurato in modo da connettersi al secondo elemento di connessione elettrica (38), per ricevere il segnale di pilotaggio (InjOut).
16. 16. Metodo di aggiornamento di un impianto di iniezione per l’alimentazione di combustibile ad un motore endotermico di un veicolo, comprendente le fasi di: - accoppiare meccanicamente il dispositivo iniettore (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11-15 ad almeno un cilindro (72) del motore; - collegare elettricamente il modulo di interfaccia di pilotaggio (30) del dispositivo iniettore (100) ad una centralina elettronica di comando (42) pre-esistente nel veicolo.