IT201900017405A1 - Metodo per monitorare la coppia assorbita da una pompa ad alta pressione di un gruppo di pompaggio per alimentare carburante a un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“METODO PER MONITORARE LA COPPIA ASSORBITA DA UNA POMPA AD ALTA PRESSIONE DI UN GRUPPO DI POMPAGGIO PER ALIMENTARE CARBURANTE A UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA”

La presente invenzione è relativa a un metodo per monitorare la coppia assorbita da una pompa di un gruppo di pompaggio per alimentare carburante a un motore a combustione interna, a un metodo per predire l’usura eccessiva della pompa ed a un corrispondente gruppo di pompaggio.

In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione nei motori a combustione interna alimentati a gasolio comprendenti un sistema di alimentazione di tipo “common rail”, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Come è noto, un sistema di alimentazione common rail di un motore a combustione interna alimentato a gasolio comprende un gruppo di pompaggio del gasolio provvisto di una pompa ad alta pressione. L’incremento anomalo dell’usura di alcune parti della pompa ad alta pressione causa un forte incremento dalla coppia assorbita dalla pompa ad alta pressione che porta inevitabilmente alla rottura della pompa stessa.

La rottura della pompa ad alta pressione può causare la rottura di altre parti del sistema di alimentazione common rail e quindi il blocco improvviso del motore, con le ovvie spiacevoli conseguenze del caso.

Scopo della presente invenzione è di realizzare un gruppo di pompaggio per un motore a gasolio, il quale sia esente dagli inconvenienti sopra descritti e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica realizzazione.

In accordo con la presente invenzione vengono forniti un metodo per monitorare la coppia assorbita da una pompa, preferibilmente una pompa ad alta pressione, di un gruppo di pompaggio per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, un metodo per predire l’usura eccessiva di una pompa, preferibilmente una pompa ad alta pressione, di un gruppo di pompaggio per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, un sistema per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, e un motore a combustione interna, secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra un sistema per alimentare carburante a un motore a combustione interna secondo la presente invenzione, in cui il sistema di alimentazione comprende un gruppo di pompaggio illustrato secondo una vista in sezione;

- le figure 2 e 3 illustrano due lati opposti di una porzione longitudinale di un albero di trasmissione di una pompa ad alta pressione del gruppo di pompaggio della figura 1; e

- la figura 4 illustra uno schema di alcuni componenti elettrici ed elettronici montati nella pompa ad alta pressione del gruppo di pompaggio della figura 1.

Nella figura 1, con 1 è genericamente indicato, nel suo complesso un gruppo di pompaggio per alimentare combustibile, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna (non illustrato).

Il gruppo di pompaggio 1 comprende una pompa ad alta pressione 2 del tipo comprendente un pistone per alimentare il combustibile al motore a combustione interna, e una pompa di prealimentazione, ad esempio una pompa ad ingranaggi, indicata con 3, per prelevare il combustibile da un serbatoio (non illustrato) ed alimentarlo alla pompa 2. Nell’esempio illustrato, la pompa 2 è lubrificata a combustibile.

La pompa 2 presenta un corpo pompa 4 comprendente una carcassa di supporto 5, il quale ha un foro 6 centrale avente un proprio asse 7 e un foro 8 laterale avente un proprio asse 9 trasversale all’asse 7 ed estendentesi radialmente verso l’esterno della carcassa 5 a partire dal foro 6. La carcassa 5 è normalmente solidale con il motore a combustione interna.

Il corpo pompa 4 comprende una testata 10, la quale è disposta a contatto della carcassa 5 per chiudere il foro 8 e comprende un’appendice 11 sporgente all’interno del foro 8 stesso coassialmente all’asse 9. La testata 10 ha un foro 12 centrale, il quale è coassiale all’asse 9 e comprende due porzioni di estremità 13 e 14 e una porzione intermedia definente un cilindro 15 all’interno dell’appendice 11.

La pompa 2 comprende un pistone 16, il quale impegna il cilindro 15 in maniera scorrevole, e un dispositivo di azionamento 17, il quale è alloggiato nel corpo pompa 4 ed è atto a muovere il pistone 16 lungo il cilindro 15 con un moto rettilineo alternativo comprendente una corsa di aspirazione del combustibile nel cilindro 15 e una corsa di compressione del combustibile contenuto all’interno del cilindro 15 stesso.

In particolare, il dispositivo di azionamento 17 comprende una punteria a rullo 18, la quale è accoppiata al pistone 16 ed è montata sulla testata 10 tramite una molla a compressione 19, e un albero di trasmissione 20, il quale è montato attraverso il foro 6 per ruotare, rispetto alla carcassa 5, attorno all’asse 7 e comprende una camma 20a ricavata su una superfice esterna di una porzione intermedia dell’albero di trasmissione 20 per agire sulla punteria a rullo 18 in modo da spostare il pistone 16 contro l’azione della molla a compressione 19.

Almeno due estensimetri, indicati con 21 e 22 nella figura 1, sono montati sull’albero di trasmissione 20 e forniscono rispettivi segnali S1 e S2 (figura 4). Una unità di condizionamento di segnale 23 è incassata nell’albero di trasmissione 20, è collegata elettricamente via cavo ai due estensimetri 21 e 22 ed è configurata per elaborare i segnali S1 e S2 in modo tale da ottenere un ulteriore segnale S3 indicativo della coppia istantanea assorbita dalla pompa 2. Un trasmettitore radio 24, anch’esso incassato nell’albero di trasmissione 20, trasmette il segnale S3.

Il segnale S3 è ricevuto da un ricevitore radio 25, il quale è esterno al gruppo di pompaggio 1, ed i valori del segnale S3 vengono memorizzati in un’unità di elaborazione 26, anch’essa esterna al gruppo di pompaggio 1, per essere successivamente elaborati dalla unità di elaborazione 26 allo scopo di monitorare la coppia assorbita dalla pompa 2.

Il gruppo di pompaggio 1, gli estensimetri 21 e 22 montati sull’albero di rotazione 20 della pompa 2, l’unità di condizionamento di segnale 23 e il trasmettitore radio 24 incassati nell’albero di rotazione 20, il ricevitore radio 25 e l’unità di alimentazione 26 formano il sistema di alimentazione del carburante della presente invenzione.

Gli estensimetri 21 e 22 sono montati sulla superficie esterna dell’albero di trasmissione 20 in rispettive posizioni diametralmente opposte rispetto all’asse 7. In particolare, gli estensimetri 21 e 22 sono alloggiati in rispettive sedi 27 e 28 sulla superficie esterna dell’albero di trasmissione 20.

In una porzione longitudinale 29 dell’albero di trasmissione 20 è presente un foro 30 cieco coassiale all’asse 7 per alloggiare l’unità di condizionamento di segnale 23 e il trasmettitore radio 24. Vantaggiosamente, l’unità di condizionamento di segnale 23 e il trasmettitore radio 24 sono integrati in un unico circuito stampato 31.

Gli estensimetri 21 e 22 sono due estensimetri elettrici a resistenza. Vantaggiosamente, gli estensimetri 21 e 22 sono di tipo biassiale.

Con particolare riferimento alle figure 2 e 3, che illustrano due lati opposti della porzione longitudinale 29 dell’albero di trasmissione 20, ciascuno estensimetro 21, 22 è del tipo comprendente due griglie di misura 21a, 22a e 21b, 22b disposte a V, ed in particolare due griglie di misura di tipo noto con gli elementi di griglia dell’una orientati a 90° rispetto agli elementi di griglia dell’altra. La disposizione a V delle griglie 21a, 22a e 21b, 22b di ciascun estensimetro 21, 22 definisce una rispettiva bisettrice 21c, 22c, passante per il vertice della disposizione a V, e un rispettivo verso lungo la bisettrice 21c, 22c. Ciascun estensimetro 21, 22 è montato con la rispettiva bisettrice 21c, 22c sostanzialmente giacente lungo un piano passante per l’asse 7. Come illustrato nelle figure 2 e 3, i due estensimetri 21 e 22 sono montati con i rispettivi versi opposti tra loro.

Con riferimento alla figura 4, l’unità di condizionamento di segnale 23 comprende un ponte di Wheatstone 32, al quale sono collegati elettricamente i due estensimetri 21 e 22 in modalità mezzo ponte ed il quale è alimentato da un’unità di alimentazione 33 montata nel circuito stampato 29. Il ponte di Wheatstone 32 fornisce un segnale S4 che è funzione dei segnali S1 e S2, ed in particolare è funzione dello sbilanciamento tra i valori di resistenza elettrica degli estensimetri 21 e 22 e quindi è indicativo della coppia istantanea assorbita dalla pompa 2.

L’unità di condizionamento di segnale 23 comprende, inoltre, un amplificatore 34 per amplificare il segnale S4 ed ottenere così il segnale S3. Infatti, il segnale S4 ha un’ampiezza troppo ridotta (pochi µV) per essere trasmessa e ricevuta via radio con una percentuale di errore e l’amplificatore 34 porta l’ampiezza del segnale S3 a valori dell’ordine di 1 V.

Il ricevitore radio 30 e l’unità di elaborazione 31 sono collegati comunicativamente alla unità di controllo elettronica del motore a combustione interna, cioè la cosiddetta ECU del motore, oppure sono integrati nella ECU.

Vantaggiosamente, il trasmettitore radio 24 e il ricevitore radio 30 utilizzano protocolli di comunicazione radio a basso consumo di potenza, ad esempio il protocollo cosiddetto Low Power WAN oppure il protocollo Bluetooth. Le suddette tipologie di trasmettitore 24 e ricevitore 30 permettono all’unità di alimentazione 33 di comprendere una batteria avente una carica elettrica (Ah) dimensionata per la vita prevista della pompa 2.

Secondo una ulteriore forma di attuazione, la batteria dell’unità di alimentazione 33 è ricaricabile, ad esempio in modalità wired quando il motore a combustione interna è in manutenzione, e quindi la pompa 2 è ferma, oppure in modalità wireless anche quando la pompa 2 è in movimento.

Il sistema di alimentazione di carburante sopra descritto implementa dunque il metodo per monitorare la coppia assorbita dalla pompa 2 della presente invenzione. Il metodo per monitorare la coppia assorbita dalla pompa 2 prevede quindi di acquisire i segnali S1 e S2 dagli estensimetri 21 e 22 montati sull’albero di trasmissione 20 della pompa 2, elaborare i segnali S1 e S2 tramite l’unità di condizionamento di segnale 23 incassata nell’albero di trasmissione 20 per ottenere il segnale S3, che è indicativo della coppia istantanea assorbita dalla pompa 2, trasmettere il segnale S3 tramite il trasmettitore radio 24 incassato nell’albero di trasmissione 20, ricevere il segnale S3 tramite il ricevitore radio 25, e memorizzare il valore del segnale S3 ricevuto nella memoria dell’unità di elaborazione 26.

L’elaborazione dei segnali prevede di ottenere il segnale S4 in funzione dei segnali S1 e S2 tramite il ponte di Wheatstone 32 e di amplificare il segnale S4 tramite l’amplificatore 34 per ottenere il segnale S4.

Secondo un ulteriore aspetto della invenzione, viene fornito un metodo per predire l’usura eccessiva della pompa 2, tale metodo prevedendo di monitorare la coppia assorbita dalla pompa 2 secondo il metodo descritto in precedenza e di stimare il grado di usura meccanica della pompa 2 sulla base di un confronto tra valori del segnale S3 ed almeno un valore di soglia STH, che è indicativo di un valore di soglia della coppia assorbita. Vantaggiosamente, i valori del segnale S3 vengono confrontati con una pluralità di valori di soglia, ai quali sono associati rispettive condizioni di lavoro del gruppo di pompaggio 1 che portano a gradi di usura differenti a parità di valori di coppia istantanea assorbita dalla pompa 2. Per usura eccessiva si intende quel grado di usura di alcune componenti della poma 2 che può portare alla rottura della pompa 2 stessa.

A tale scopo, l’unità di elaborazione 26 è configurata per eseguire tale stima sulla base di valori del segnale S3 ricevuti ed eventualmente memorizzati nella memoria dell’unità di elaborazione 26 stessa.

Il principale vantaggio del metodo di monitoraggio sopra descritto e del corrispondente sistema per alimentare carburante a un motore a combustione interna è di poter misurare in tempo reale la coppia assorbita da una pompa ad alta pressione allo scopo di potere fare valutazioni sull’eventuale usura della pompa stessa senza l’impiego di cavi di collegamento o contatti striscianti.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per monitorare la coppia assorbita da una pompa, preferibilmente una pompa ad alta pressione, di un gruppo di pompaggio per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, il metodo comprendendo: - acquisire primi segnali (S1, S2) da due estensimetri (21, 22) montati su un albero di trasmissione (20) della pompa (2); - elaborare detti primi segnali (S1, S2) tramite mezzi di condizionamento di segnale (23) incassati nell’albero di trasmissione (20) per ottenere un secondo segnale (S3) indicativo della coppia istantanea assorbita dalla pompa (2); - trasmettere detto secondo segnale (S3) tramite un trasmettitore radio (24) incassato nell’albero di trasmissione (20); - ricevere il secondo segnale (S3) tramite un ricevitore radio (25) esterno al gruppo di pompaggio (1); e - memorizzare valori del secondo segnale (S3) ricevuto nella memoria di mezzi di elaborazione (26) esterni al gruppo di pompaggio (1).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui elaborare detti primi segnali (S1, S2) tramite mezzi di condizionamento di segnale (23) comprendendo: - ottenere un terzo segnale (S4) in funzione dei due primi segnali (S1, S2) tramite un ponte di Wheatstone (32) facente parte di detti mezzi di condizionamento di segnale (23), i due estensimetri (21, 22) essendo collegati elettricamente a mezzo ponte nel ponte di Wheatstone (32); e - amplificare il terzo segnale (S4) per ottenere il secondo segnale (S3) tramite mezzi amplificatori (34) facenti parte di detti mezzi di condizionamento di segnale (23).
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detti almeno due estensimetri (21, 22) sono montati in rispettive posizioni (27, 28) diametralmente opposte rispetto all’asse di rotazione (7) di detto albero di trasmissione (20).
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui ciascuno di detti almeno due estensimetri (21, 22) è un estensimetro biassiale.
5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui ciascuno di detti almeno due estensimetri (21, 22) comprende due griglie di misura (21a, 21b, 22a, 22b) disposte a V così da definire una relativa bisettrice (21c, 22c), ed è montato con la bisettrice (21c, 22c) sostanzialmente giacente lungo un piano passante per l’asse di rotazione (7) di detto albero di trasmissione (20).
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui la disposizione a V delle due griglie di misura (21a, 21b, 22a, 22b) di ciascuno di detti almeno due estensimetri (21, 22) definisce un verso lungo detta bisettrice (21c, 22c); detti almeno due estensimetri (21, 22) essendo montati con i due versi opposti tra loro.
7. 7. Metodo per predire l’usura eccessiva di una pompa, preferibilmente una pompa ad alta pressione, di un gruppo di pompaggio per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, il metodo comprendendo: - monitorare la coppia assorbita dalla pompa (2) in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6; - stimare il grado di usura meccanica della pompa (2) sulla base di un confronto tra detti valori del secondo segnale (S3) ed almeno un valore di soglia (STH).
8. 8. Sistema per alimentare carburante, preferibilmente gasolio, a un motore a combustione interna, il sistema comprendendo: un gruppo di pompaggio comprendente una pompa (2), preferibilmente una pompa ad alta pressione, la quale comprende un albero di trasmissione (20); almeno due estensimetri (21, 22), i quali sono montati sull’albero di trasmissione (20) e sono atti a fornire rispettivi primi segnali (S1, S2); mezzi di condizionamento di segnale (23), i quali sono incassati nell’albero di trasmissione (20), sono collegati elettricamente ai due estensimetri (21, 22) e sono configurati per elaborare i primi segnali (S1, S2) in modo tale da ottenere un secondo segnale (S3) indicativo della coppia istantanea assorbita dalla pompa (2); un trasmettitore radio (24) incassato nell’albero di trasmissione (20) per trasmettere il secondo segnale (S3); un ricevitore radio (25) esterno al gruppo di pompaggio (1) per ricevere il secondo segnale (S3); e mezzi di elaborazione (26) esterni al gruppo di pompaggio (1) comprendenti una memoria per memorizzare valori del secondo segnale (S3).
9. 9. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui detti mezzi di condizionamento di segnale (23) comprendono un circuito a ponte di Wheatstone (32) e mezzi amplificatori (34) per amplificare un segnale fornito dal ponte di Wheatstone (32), detti almeno due estensimetri (21, 22) essendo collegati elettricamente a mezzo ponte nel ponte di Wheatstone (32) in modo tale che detti mezzi amplificatori (34) forniscano detto secondo segnale (S3).
10. 10. Sistema secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detti almeno due estensimetri (21, 22) sono montati in rispettive posizioni (27, 28) diametralmente opposte rispetto all’asse di rotazione (7) di detto albero di trasmissione (20).
11. 11. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 10, in cui ciascuno di detti due estensimetri (21, 22) è un estensimetro biassiale.
12. 12. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 11, in cui ciascuno di detti almeno due estensimetri (21, 22) comprende due griglie di misura (21a, 21b, 22a, 22b) disposte a V così da definire una relativa bisettrice (21c, 22c), ed è montato con la bisettrice (21c, 22c) sostanzialmente giacente lungo un piano passante per l’asse di rotazione (7) di detto albero di trasmissione (20).
13. 13. Sistema secondo la rivendicazione 12, in cui la disposizione a V delle due griglie di misura (21a, 21b, 22a, 22b) di ciascuno di detti almeno due estensimetri (21, 22) definisce un verso lungo detta bisettrice (21c, 22c); detti almeno due estensimetri (21, 22) essendo montati con i rispettivi versi opposti tra loro.
14. 14. Motore a combustione interna comprendente un sistema di alimentazione carburante secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 8 a 13.