IT8224957A1

IT8224957A1 - Complsso di controllo per un motore a combustione interna del tipo a doppio combustibile

Info

Publication number: IT8224957A1
Application number: IT1982A24957A
Authority: IT
Original assignee: Cummins Engine Co Inc
Priority date: 1981-12-24
Filing date: 1982-12-23
Publication date: 1984-06-23
Also published as: IT8224957A0; CA1186773A; BR8207386A; MX157204A; IN161017B; GB2112457A; AU9188482A; IT1153881B; NZ202858A; AU550833B2; US4416244A; GB2112457B

Description

Descrizione dell'invenzione avente per titolo:

"" COMPLESSO DI CONTROLLO PER UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA DEL TIPO A DOPPIO COMBUSTIBILE ""

RIASSUNTO

Viene previsto un complesso di controllo per regolare l'alimentazione di combustibile ad un motore a combustione interna del tipo a doppio combustibile. il motore comprende una fonte di un pri_ mo combustibile, una pompa per esso ed una fonte di un secondo combustibile che si trova ad una pressione prestabilita. Una prima valvola e* montata entro una prima linea o tubazione di alimentazione colle_ gante il motore all'uscita della pompa. Una seconda valvola e' montata entro una seconda tubazione di alimentazione collegante il motore all'uscita della pompa. La terza valvola e' montata entro una terza tubazione di alimentazione collegante il motore alla seconda fonte di combustibile. Una valvola dosa? trice sensibile alla pressione e' disposta entro la terza tubazione di alimentazione a valle della terza valvola. E' previsto un mezzo che trasmette una pressione di fluido dalla seconda valvola alla valvola dosatrice ed in tal modo determina l*imposta_ zione di quest*ultima. Un mezzo di controllo, regolabile fra due modi di funzionamento, e* operativamente collegato alla prima, alla seconda ed alla terza valvola. Quando il mezzo di controllo si trova in un primo modo di funzionamento, la prima valvola e? aperta e sia la seconda che la terza valvola sono chiuse per cui solo il primo combustibile viene alimentato al motore. Quando il mezzo di controllo si trova in un secondo modo di funzionamento , la prima valvola e* chiusa e sia la seconda che la terza valvola sono aperte per cui vengono simultaneamente ali_ mentati al motore sia il primo che il secondo combustibile. Il rapporto fra il secondo combustibile ed il primo combustibile alimentati al motore, quando il mezzo di controllo si trova nel secondo modo di funzionamento , e' determinato dall'impostazione della valvola dosatrice allorch?* il detto mezzo di con_ trollo si trova nel detto secondo modo di funziona mento .

DESCRIZIONE

A causa dell'incertezza esistente in varie regioni geografiche in tutto il mondo circa la quan__ tit? disponibile di carburante costituito da un idrocarburo liquido e circa il suo costo, la dipendenza di queste regioni da tale combustibile come unico combustibile usabile per motori a combustione interna e simili, ha influito in modo negativo sulla stabilit? economica e sullo sviluppo industriale di tali regio_ ni. D'altro canto, alcune di queste regioni hanno un pronto accesso ad una fonte economica di gas naturale (CNG) e/o ad una fonte di gas di petrolio allo stato liquido (LPG) eypertanto, l'utilizzazione di queste fonti per sostituire il carburante a base di idrocarburi liquidi migliorerebbe in modo notevole la stabilit? e lo sviluppo di queste regioni.

Sono stati fino ad ora proposti vari sistemi, particolarmente in relazione a motori Diesel, nel tentativo di sostituire in modo efficiente la nafta con un combustibile gassoso. Tali sistemi, tuttavia, sono stati assillati da uno o pi? dei seguenti in_ convenienti: a) il sistema e' di struttura costosa, ingombrante e complessa; bX'installazione del sistema richiede una sostanziale modifica del disegno del motore; c) il sistema e* soggetto a mal funzionamenti; d) il sistema e* efficiente solamente entro una stretta gamma operativa del motore; e) il sistema richiede una quantit? eccessiva di servizio e manutenzione; f) il risparmio nel costo di olio combustibile e' solo nominale; e g) il sistema influisce negativamente sulle risposte del motore alle varie richieste di potenza.

Sommario dell ' invenzione

Pertanto, uno scopo dell*invenzione e* di fornire un complesso o sistema di controllo perfezionato per un motore a combustione interna del tipo a doppio combustibile che elimini i succitati inconvenienti associati ai precedenti sistemi di questo tipo.

Un ulteriore scopo e di fornire un complesso perfezionato del tipo qui descritto che possa essere utilizzato in modo efficiente con motori a combustione interna che variano per dimensioni e potenze entro un'ampia gamma.

Un ulteriore scopo e* quello di fornire un complesso perfezionato del tipo qui descritto in cui la fonte di combustibile per il motore pu?' venire . facilmente commutata da una singola fonte a fonti doppie senza richiedere l?arresto del motore.

Ancora un ulteriore scopo e' quello di fornire un complesso perfezionato del tipo qui descrit to in cui la proporzione del combustibile secondario ovvero supplementare alimentato al motore sar? sostanzialmente consistente entro la gamma operati_ va del motore.

Ulteriori scopi e scopi supplementari risulteranno evidenti dalla descrizione, dai disegni allegati e dalle rivendicazioni che fanno seguito.

In conformit? ad una forma di esecuzione del complesso perfezionato, e' prevista una prima valvola la quale e' collegata all'uscita di una prima pompa per combustibile a velocit? variabile. La prima valvola e* disposta entro una prima tubazione di alimentazione collegante il motore all'uscita della pompa per combustibile. E' pure prevista una seconda tubazione di alimentazione che collega l'uscita della pompa per combustibile al motore. Una seconda valvola e' disposta entro la seconda tubazione di alimentazione. Il primo combu_ stibile fluisce attraverso la seconda valvola e la seconda tubazione di alimentazione solamente quando e' chiusa la prima valvola. E* prevista una terza valvola la quale e' disposta entro una terza tubazione di alimentazione collegante il motore ad una fonte pressurizzata di un secondo combustibile. Pure disposta entro la terza tubazione di alimentazione ed a valle della terza valvola e' prevista una valvola dosatrice sensibile alla pressione. La pressione di flusso del primo combustibile attraverso la seconda valvola viene trasmessa alla valvola dosatrice e l'impostazione di quest'ultima dipende dalla pressione del flusso trasmesso. Pertanto,il rapporto tra il flusso del secondo combustibile ed il flusso del pri_ mo combustibile e' determinato dall'impostazione della valvola dosatrice. E* previsto un controllo di tipo regolabile il quale e' operativamente collegato alla prima, alla seconda, ed alla terza valvola e, quando si trova in una posizione di regolazione, fa si che la prima valvola si apra e la seconda e la terza valvola si chiudano, per cui il motore funziona con uno solo dei due combustibili o carburanti disponibili. Quando il controllo regolabile si trova in una seconda posizione di regolazione, la prima valvola e' chiusa e la seconda e la terza valvola sono aperte per cui il motore funziona con una miscela di entrambi i combustibili.

Descrizione

Per una comprensione pi? completa dell 'invenzione, va fatto riferimento al disegno in cui:

la figura 1 e* una vista schematica di una forma di esecuzione del complesso di controllo perfezionato .

La figura 2 e' una vista in sezione verticale parziale, in scala maggiore, di una forma di esecu_ zione di una valvola dosatrice sensibile alla pressione utilizzata nel complesso della figura 1.

Facendo ora riferimento al disegno e pi? in particolare alla figura 1, e* illustrata una for_ ma di realizzazione del complesso di controllo per__ fezionato 10 che e' atto all*impiego su un motore a combustione interna E avente duplici fonti di combustibile S1 , S2. Per lo scopo di facilitare la comprensione del complesso perfezionato, quest'ultimo verr? descritto facendo riferimento ad un motore Diesel utilizzante un idrocarburo liquido e gas naturale compresso (CNG) come fonti di combustibile di_ sponibili S1 , S2?

L'idrocarburo liquido (nafta) e' immagazzinato in un serbatoio usuale avente un'apertura di riempimento F esposta prevista in corrispondenza della sommit? del serbatoio e normalmente chiusa da un tappo a vite C. L'alimentazione di gas naturale pu?' essere fornita da una bombola pressurizzata di tipo usuale. La capacit? della bombola pu?' varia_ re a seconda della dimensione e della potenza del motore e delle richieste di potenza previste per il motore. La bombola si preferisce che sia di un tipo in grado di venire facilmente ricaricata quando oc_ corre .

Estendentesi dal serbatoio di alimentazione di nafta vi e' una tubazione di flusso il la quale alimenta nafta al lato di entrata di un'usuale pompa 12 a velocit? variabili. Solitamente un filtro 13 e' disposto entro la tubazione 11. Collegato al lato di uscita della pompa 12 vi e* un raccordo 14 a T avente due uscite. Ad una delle uscite e' collegata una prima valvola 15 la quale e' preferibilmente del tipo a solenoide. Il lato di uscita della valvola 15 e' collegato ad un'estremit? di una prima tubazione di alimentazione di combustibile 16. L'estremit? opposta della tubazione 16 di alimentazione di combu_ stibile e* collegata ad un collettore di aspirazione di combustibile oppure e* collegata direttamente ai vari ugelli di iniezione di combustibile utilizza^ ti nel motore.

La seconda uscita del raccordo 14 a T e* collegata ad un tratto 17a di una tubazione 17 di by-pass di combustibile. Il tratto 17a di tubazione si col lega con una seconda valvola a solenoide 18. La valvola 18 presenta un orificio di uscita di dimensioni ridotte collegato ad un secondo tratto 17b della tubazione di by-pass di combustibile 17. Nella forma di esecuzione illustrata, il tratto di tubazione 17b e? rappresentato come unito alla tuba_ zione di alimentazione 16 in un punto previsto fra la valvola 15 ed il motore. Se desiderato, tuttavia, il tratto di tubazione 17b pu?' essere direttamente collegato al collettore di aspirazione del combustibile del motore.

Dalla valvola 18 o dal tratto di tubazione 17a si diparte una tubazione 20 di pressurizzazione di combustibile, la cui funzione verr? descritta*in modo pi? completo qui di seguito. Il combustibile proveniente dalla pompa 12 fluir? attraverso la valvola 18 solamente quando la valvola 15 assume una posizione di chiusura e la valvola 18 assume la sua posizione di apertura.

La fonte di gas naturale compresso S2> che e' immagazzinata in un'adatta bombola pressurizzata, fluisce da quest'ultima verso il collettore di aspirazione dell'aria del motore E attraverso una adatta tubazione di alimentazione 21? L'alimentazione 21 pu?' essere flessibile e deve essere abba stanza robusta da resistere alle forti pressioni interne del gas (100 libbre/pollice ovvero circa 7 kg/cm ).

Disposta entro la tubazione di alimentazione 21 vi e* una terza valvola a solenoide 22. La valvola a solenoide 22 e* una valvola di sicurezza e normalmente rimane chiusa salvo quando devono venire alimentati al motore entrambi i tipi di combustibile simultaneamente. Un usuale regolatore 23 pu?* essere disposto entro la tubazione 21 a valle della terza valvola 22. Il regolatore 23 serve a ridurre la pressione nel serbatoio ad un valore adatto per 1?alimentazione dosata.

A valle del regolatore 23 e disposta entro la tubazione 21 vi e? una valvola dosatrice 24 ? la cui impostazione e' sensibile alla pressione di flusso del combustibile presente entro la tubazione 20. La pressione mantenuta nella tuba_ zione 20 e' direttamente legata ai carichi applicati al motore E; tali richieste a loro volta sono direttamente riflesse dalla velocit? della girante della pompa.

L'attitudine della valvola dosatrice 24 a rispondere alle variazioni della pressione di flus_ so viene influenzata attraverso un complesso pistonecilindro idraulico 25? Un'estremit? del cilindro 26 di tale complesso, vedasi figura 2, e' dotata di un'apertura 26a alla quale e' collegata una estre_ mit? 20a della tubazione 20? Un pistone 27 e' di. sposto a scorrimento entro il cilindro 26? Il lato del pistone 27 opposto alla luce 26a e' dotato di una molla 36 per sollecitare il pistone 27 in contrasto alla pressione proveniente dalla luce 26a? Sporgente esternamente da un'estremit? del cilindro 26 vi e* un'asta 28 che e' collegata ad un lato del pistone 27* L'estremit? esposta,dell'asta 28 e' fissata per avvitamento ad un opportuno elemento di connessione 30 ed il lato del pistone 27 in corrispondenza con tale asta pu?' essere in comunicazione con l'atmosfera.

L'elemento di connessione o connettore 30 e' previsto in corrispondenza di un?estremit? di un braccio 30a montato ad imperniamento in 30b, il quale ha l'altra estremit? 30c collegata ad imperniamento ad uno stelo di valvola 31? L'estremit? opposta dello stelo di valvola 31 e' fissata ad un'opportuna valvola dosatrice 24 ed aziona tale valvola dosatrice in modo tale che l'apertura della valvola sia una diret ta funzione del movimento dello stelo 31 della valvola

Quantunque la regolazione della valvola dosa_ trice 24 nella forma di esecuzione illustrata sia prodotta dal complesso pistone-cilindro idraulico 25? si possono utilizzare altri mezzi per ottenere tale regolazione; ad esempio, l'elemento valvolare pu?' essere operativamente collegato alla leva di comando della valvola a farfalla, oppure alla cremagliera di comando del combustibile del motore oppure a qualche mezzo rivelatore di tipo elettronico incorporato nel motore.

Il grado in cui la valvola dosatrice 24 viene aperta dipende dal movimento del pistone 27 entro il cilindro 26* Mediante regolazione del connettore filet_ tato 30 sull'asta 28, pu?' venire predeterminata la sollecitazione esercitata sul pistone 27 dalla molla 36 per mantenere la valvola dosatrice 24 in una posizione di chiusura. In tal modo, l'attitudine della valvola dosatrice 24 a rispondere alla pressione del combustibile entro la tubazione 20 pu?* essere controllata in modo preciso , controllando cosi il rapporto fra il combustibile gassoso ed il combustibile liquido alimenta ti al motore quando il commutatore viene regolato secondo un particolare modo di funzionamento. Pertanto, il rapporto fra i due combustibili alimentati al motore sar? conforme alle richieste di potenza imposte sul motore .

Il modo di funzionamento secondo il quale il motore opera, vale a dire, se esso viene alimenta_ to solamente con un unico combustibile, oppure con una miscela di due combustibili, dipende da quale delle due posizioni ha assunto il commutatore elet_ trico 37? Il commutatore 37 presenta una leva regolabile 37a collegata ad una fonte di energia

non illustrata, ed i due terminali 37b, 37b, 37c collegati rispettivamente alla valvola a solenoide 15 ed alle valvole a solenoide 18 e 22.La valvola 22, quando e' diseccitata, normalmente assume una posizione chiusa, interrompendo cos? il flussi del combustibile gassoso allo stato compresso prove_ niente dalla sorgente o fonte S attraverso la tuba_ zione 21 al motore E. Inoltre, quando la valvola 18 non e' eccitata, vale a dire quando la leva 37a del commutatore non e' in contatto con il terminale 37c, la valvola 18 assumer? una posizione chiusa ed impedir? il flusso del carburante liquido attraverso la tubazione 17 verso il motore? Quando la leva 37a non e' in contatto con il termina 37b, la va__ vola 15 assumer? una posizione di chiusura per cui il flusso di combustibile liquido verr? deviato attraverso la valvola 18. Il commutatore 37 e' preferibilmente del tipo a due posizioni e pu?* venire azionato quando il motore e* in funzione. Quantun^ que il controllo per l'azionamento delle valvole 15, 18, e 22 sia stato descritto come un commutatore elettrico, esso pu?' essere invece un dispositivo pneumatico , idraulico o meccanico in grado di e?fet_ tuare la regolazione delle valvole.

Il complesso come e* stato qui descritto utilizza due combustibili, uno dei quali e' un li_ qui do e l'altro un gas naturale compresso; tuttavia, non si intende essere limitati a ci?'. Un'altra fonte secondaria di combustibile pu?? essere un gas di petrolio liquefatto (LPG)?

Quando il motore E viene avviato con il commutatore 37 nel modo di funzionamento in cui la leva 37a e' in contatto con il terminale 37c, il pistone 27 verr? spostato per effetto della pressione esistente nella tubazione 20 provocando l'apertura della valvola 22. Quando ci?' avviene, il combustibile gassoso proveniente dalle fonte s fluir? entro la tubazione 21 adducente all'aspirazione d'aria del motore. Durante questo periodo di tempo ,il combustibile liquido proveniente dalla fon_ te passa dalla pompa 12 attraverso la valvola 18 entro la tubazione di alimentazione 17 e quindi si dirige verso gli iniettori del motore E. Dopo che il combustibile e' stato iniettato in una sequenza temporizzata entro i cilindri del motore, esso si incendier? per effetto dell'elevata compressione sviluppatasi entro i cilindri. Il combustibile gassoso simultane amente introdotto nei cilindri verr? incendiato dal combustibile liquido incendiato. In tale sequenza di eventi, il combustibile liquido inietta^ to agisce da mezzo di accensione per il secondo combustibile .

Come e' stato detto in precedenza, il rapporto fra il primo combustibile ed il secondo combustibile che vengono alimentati al motore pu?' venire variato come si desidera tramite regolazione di vari componenti della valvola dosatrice 24, come descritto in precedenza. Si e' trovato, ad esempio, in un motore Cummins V8 da 210 cavalli, attualmente disponibile sul mercato e fabbricato dalla Cummins Engine Company, Ine. di Columbus, Indiana (U.S.A.) che un rapporto fra combustibile liquido e combusti^ bile gassoso di 3:1 consente un funzionamento favorevole del motore. Altri rapporti in cui vi e' una maggior proporzione di combustibile gassoso sono stati contemplati e questi dipenderanno dalle di_ mensioni e dal tipo di motori, nonch?' dal costo e dalla disponibilit? dei combustibili che vengono

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Complesso di controllo per un motore a combu_ stione interna del tipo a doppio combustibile, tale motore avendo una fonte di un primo combustibile ed una fonte di un secondo combustibile ad una pres_ sione prestabilita, il detto complesso comprendendo: mezzo principale per alimentare in modo dosato il combustibile al motore proveniente da una fonte di un primo combustibile in funzione del carico del motore e della richiesta del guidatore od operatore; mezzo per generare un segnale di controllo in fun z ione del carico del motore; mezzo per alimentare in modo dosato il combustibile proveniente dalla fonte del secondo combustibile al motore in funzione di detto segnale di controllo ogni volta che si desidera azionare il motore secondo un modo di funziona^ mento con duplice combustibile; e mezzo sensibile al funzionamento del motore in un modo di funzionamento con doppio combustibile per modulare il combustibile alimentato in modo dosato dal detto mezzo dosatore principale in un grado atto a fornire sostanzialmente lo stesso contenuto energetico di combustibile erogato al motore nel modo a doppio combustibile come nel modo di funzionamento a singolo combustibile.

2. Complesso di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui il mezzo di alimentazione dosata di combustibile principale include una pompa per combustibile a velocit? variabile, ed una prima tubazione di alimentazione per collegare detta pompa al motore ed il detto mezzo di modulazione comprende mezzi disposti nella detta prima tubazione di ali_ mentazione per limitare il flusso ad una quantit? prestabilita solamente quando il motore funziona nel modo di funzionamento a doppio combustibile.

3- Complesso di controllo secondo la rivendicazione 2, in cui il detto mezzo di limitazione del flusso comprende una prima valvola disposta nella detta prima tubazione di alimentazione, ed una seconda tubazione di alimentazione nonch?* un secondo mezzo valvolare presentante una prestabilita limitazione collegati alla detta prima tubazione di ali_ mentazione ed in relazione di flusso in parallelo con la detta prima valvola, e mezzo di controllo regolabile fra due modidifunzionamento ed operativamente collegato alla detta prima ed alla detta seconda valvola ed al detto mezzo di alimentazione dosata dalla fonte di detto secondo combustibile,per cui, quando si trova in un primo modo di funzionamento, il detto mezzo di controllo effettua l'apertura di detta prima valvola e la chiusura di detto secondo mezzo valvolare e l'interruzione dell'alimeniazione dosata da parte di detto mezzo di alimentazione dosata dalla fonte del secondo combustibile durante il modo' di funzionamento a singolo combustibile men_ tre quando si trova in un secondo modo di funzionarmento , il detto mezzo di controllo effettua la chiusura della detta prima valvola e l'apertura di detto secondo mezzo valvolare e l'alimentazione dosata da parte del mezzo di alimentazione dosata dalla fonte del secondo combustibile duraulte il modo di funzionamento a doppio combustibile.

4. Complesso di controllo secondo la rivendicazione 2,in cui il detto mezzo di alimentazione dosata dalla fonte del secondo combustibile comprende una terza tubazione di alimentazione per collegare la 1 fonte del secondo combustibile al motore, una terza valvola disposta nella detta terza tubazione di alimentazione, ed una valvola dosatrice disposta nella detta terza tubazione di alimentazione in re_ lazione di flusso in serie rispetto alla detta terza valvola, l'area di flusso di detta valvola dosatrice essendo funzione del detto segnale di controllo, ed in cui la detta terza valvola e' operativamente colle__ gata al detto mezzo di controllo per essere aperta e chiusa in sincronismo con la detta seconda valvola.

5. Complesso di controllo secondo la rivendicazione 4,in cui la prima, la seconda e la terza valvola sono valvole a solenoide elettricamente eccitate.

6. Complesso di controllo secondo la rivendicazione 5,in cui il mezzo di controllo e' un commutatore elettrico a due posizioni azionato manualmente.

7 Complesso di controllo secondo la rivendica^ zione 1, in cui il primo combustibile e' un liquido combustibile ed il secondo combustibile e' un gas compresso combustibile.

8 Complesso di controllo secondo la rivendicazione 2, in cui il primo combustibile e' un idrocarburo liquido?

9. Complesso di controllo secondo la rivendicazione l,in cui la quantit? del secondo combustibile rispetto alla quantit? del primo combustibile e* almeno il 20% quando il detto mezzo di controllo si trova nel secondo modo di funzionamento.

10 Complesso di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui il detto mezzo dosatore per la fonte del secondo combustibile comprende: mezzo per per_ mettere o bloccare selettivamente il flusso di combustibile proveniente dalla fonte del secondo combustibile al motore, una velivola dosatrice ad area variabile per l*alimentazione dosata di combustibile proveniente dalla fonte del secondo combustibile al motore in funzione di un segnale di ingresso varia_ bile, ed un azionatore operativamente collegato alla detta valvola dosatrice e sensibile al detto segna_ le per aumentare la sua area man memo che aumenta il segnale.

11 Complesso di controllo secondo la rivendicazione 10, in cui il detto segnale di controllo

e? costituito dalla pressione di un fluido, il det_ to azionatore comprendendo un cilindro ed un pistone spostabile in esso, una molla sollecitante il pistone in una prima direzione, il detto se

di controllo essendo collegato sii detto cil

in contrasto alla detta molla per produrre uno spo? stamento prestabilito del pistone in risposta all'au_ mento della pressione costituente il segnale, ed un'articolazione meccanica per collegare il pistone alla detta valvola dosatrice in modo che un aumento della pressione fornente il segnale aumenti l'apertura di detta valvola dosatrice?

12 Complesso di controllo secondo la rivendicazione 11, in cui la detta articolazione meccanica presenta un collegamento regolabile per regolare la risposta di detto pistone a variazioni della pressione del segnale?

13 Complesso di controllo secondo la rivendi^ cazione 10,in cui il detto azionatore e' sensibile ad un segnale costituito dalla pressione di un flui__ do , la detta pompa per combustibile fornendo una pressione di uscita del combustibile che e* diretta funzione del carico del motore, ed il detto mezzo generatore del segnale di controllo comprendendo un mezzo per collegare l'uscita di detta pompa per combustibile al detto mezzo a valvola dosatrice,il mezzo a velivola dosatrice alimentando una quantit? crescente di combustibile dalla detta seconda fon te in risposta ad un aumento del segnale di controllo.

14 Complesso di controllo secondo la rivendi__ cazione 11, in cui la detta pompa per combustibile fornisce una pressione di uscita del combustibile che e* diretta funzione del carico del motore ed il detto mezzo generatore del segnale di contitiLlo comprende un mezzo per collegare l'uscita di detta pompa per combustibile al cilindro.