IT9002926A1 - VARIABLE ADVANCE HIGH PRESSURE PUMP PARTICULARLY FOR INJECTORS OF ENDOTHERMAL ENGINES - Google Patents
VARIABLE ADVANCE HIGH PRESSURE PUMP PARTICULARLY FOR INJECTORS OF ENDOTHERMAL ENGINESInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Questa invenzione si riferisce al campo delle pompe ad alta pressione di tipo alternativo utilizzate per l'iniezione di carburante nei motori endotermici. This invention relates to the field of reciprocating type high pressure pumps used for fuel injection in internal combustion engines.
Come è noto, nei motori endotermici, e particolarmente in quelli a ciclo Diesel, il carburante deve essere iniettato in modo istantaneo all'interno del cilindro con estrema precisione di quantità e di fase As is known, in endothermic engines, and particularly in Diesel cycle ones, the fuel must be injected instantly into the cylinder with extreme precision of quantity and phase.
Per fare ciò possono essere utilizzate delle mpe alternative a stantuffo tuffante, le quali consentono'·di variare la quantità di carburante pompato ad ogni c da un valore nullo ad un certo valore massimo, a seconda della richiesta attuata mediante l'acceleratore del motore. To do this, alternative plunger pumps can be used, which allow the quantity of fuel pumped at each c to be varied from a zero value to a certain maximum value, according to the request made by the engine accelerator.
Tale variazione viene notoriamente attuata mediante delle scanalature elicoidali di varia conformazione, praticate sulla sommità dello stantuffo e tali da attuare un certo valore di corsa utilizzabile per la mandata, in ragione di una loro possibilità di porsi in comunicazione con dei fori di afflusso e di riflusso del carburante eventualmente pompato. This variation is notoriously carried out by means of helical grooves of various shapes, made on the top of the piston and such as to implement a certain stroke value that can be used for the delivery, due to their possibility of being in communication with the inlet and reflux holes. any fuel pumped.
Infatti, tali scanalature elicoidali consentono allo stantuffo, scorrevole alternativamente, di scoprire oppure occludere, dei fori che si affacciano sulla camera di pompaggio secondo livelli ed angolazioni prestabilite. In questi tradizionali tipi di pompe si ha dunque una portata che può essere variata ruotando attorno al proprio asse lo stantuffo. In fact, these helical grooves allow the piston, sliding alternately, to uncover or occlude holes that face the pumping chamber according to predetermined levels and angles. In these traditional types of pumps there is therefore a flow rate that can be varied by rotating the plunger around its own axis.
Per migliorare il rendimento del motore ai vari regimi ai quali esso può operare, è noto che tale quantità di carburante viene inviata con un certo anticipo (motore caldo), oppure ritardo (motore freddo), rispetto alla posizione di punto morto superiore raggiunta dal pistone del motore, attuando una certa fasatura di alimentazione. Tale notoria fasatura è tuttavia di problematica attuazione pratica, cosicché essa viene adottata To improve engine performance at the various speeds at which it can operate, it is known that this quantity of fuel is sent with a certain advance (warm engine), or delay (cold engine), with respect to the top dead center position reached by the piston. of the engine, by implementing a certain fuel timing. However, this well-known phasing is problematic in practical implementation, so that it is adopted
certi motori ad alte prestazioni certain high performance engines
Tale usuale fasatura viene infatti realizzata mediante variazione dell'angolo di calettamento tra albero a camme azionante la pompa ed albero motore. This usual timing is in fact achieved by varying the keying angle between the camshaft actuating the pump and the crankshaft.
Questo usuale tipo di fasatura, inoltre, ha l'inconveniente di essere regolato esclusivamente in funzione della velocità angolare del motore, e non tiene conto pertanto né delle condizioni termiche in cui opera il motore, né delle condizioni di sforzo di esso. This usual type of timing, moreover, has the drawback of being regulated exclusively according to the angular speed of the engine, and therefore does not take into account either the thermal conditions in which the engine operates, or the stress conditions thereof.
Tali condizioni è invece dimostrato che influenzano enormemente il funzionamento del motore: non solo in termini di potenza erogata con i minimi consumi, ma lo influenzano anche per quanto riguarda le sue emissioni gassose nocive. Le leggi internazionali riguardanti tali emissioni tossiche, in particolare idrocarburi incombusti (HC) ed ossidi di azoto (NOx), sono sempre più severe e rendono lecite percentuali di tali emissioni sempre più esigue e sempre meno consentite agli attuali motori. Ciò comporta dunque degli sforzi tecnologici dell'industria tesi a consentire la continuità nell'impiego dei motori anche in futuro, mediante la ricerca di mezzi capaci di ridurre le attuali esorbitanti percentuali di gas tossici emessi, fino ai valori prescritti per i prossimi anni. Di questi mezzi costituisce un esempio l'invenzione qui presentata, giacché consente di adeguare l'anticipo o il ritardo dell'iniezione di carburante in funzione di quei parametri di sforzo, di regime, e di temperatura già individuati sperimentalmente come capaci di ottenere le auspicate e prescritte riduzioni delle citate emissioni tossiche (HC,NOx): e ciò con soluzioni tecniche di estrema semplicità e fattibilità. These conditions, on the other hand, have been shown to enormously influence the functioning of the engine: not only in terms of power delivered with minimum consumption, but also affect it as regards its harmful gaseous emissions. International laws regarding these toxic emissions, in particular unburned hydrocarbons (HC) and nitrogen oxides (NOx), are increasingly severe and make permissible percentages of these emissions increasingly low and less and less permitted for current engines. This therefore involves the technological efforts of the industry aimed at allowing continuity in the use of engines also in the future, through the search for means capable of reducing the current exorbitant percentages of toxic gases emitted, up to the values prescribed for the next few years. The invention presented here constitutes an example of these means, since it allows the advance or delay of the fuel injection to be adjusted according to those parameters of effort, speed and temperature already experimentally identified as capable of obtaining the desired and prescribed reductions of the aforementioned toxic emissions (HC, NOx): and this with extremely simple and feasible technical solutions.
Tale invenzione consiste in una pompa ad alta pressione, particolarmente per iniettori di motori Diesel, avente la particolarità di effettuare una fasatura della mandata spostando assialmente con mezzi di comando (17) un piano inferiore (15) di un collare distributore (8) montato su uno stantuffo (4) rispetto ad un foro radiale (11), presente in questo e ciclicamente affacciato in una precamera (3) di alimentazione sporgendo da esso piano inferiore (15), detto foro radiale (11) essendo in comunicazione con una faccia pompante (4A) dello stantuffo (4) delimitatrice di una camera di pompaggio (12) mediante un foro centrale assiale (10) a sua volta in comunicazione ciclica e variabile con un foro radiale di riflusso (16) presente sul collare distributore (8) mediante usuale scanalatura elicoidale (7) di regolazione della portata di mandata. This invention consists of a high pressure pump, particularly for diesel engine injectors, having the particularity of effecting a timing of the delivery by axially moving with control means (17) a lower surface (15) of a distributor collar (8) mounted on a plunger (4) with respect to a radial hole (11), present in this and cyclically facing into a supply pre-chamber (3) projecting from it the lower plane (15), said radial hole (11) being in communication with a pumping face (4A) of the piston (4) delimiting a pumping chamber (12) by means of an axial central hole (10) in turn in cyclic and variable communication with a radial reflux hole (16) present on the distributor collar (8) by means of usual helical groove (7) for adjusting the delivery flow rate.
L'invenzione illustrata, a titolo puramente indicativo ma non limitativo nella allegata tavola di disegno mostrante una sezione mediana di una pompa. The invention illustrated, purely by way of indication but not of limitation, in the attached drawing table showing a median section of a pump.
Con riferimento alla sopracitata figura, un corpo di pompa 1 è dotato di una tubazione 2 attraverso la quale essa pompa viene alimentata durante la fase di aspirazione. Da tale tubazione 2 il carburante fluisce in una precamera 3. Tale precamera è attraversata (verticalmente, osservando il disegno) da uno stantuffo 4 azionato alternativamente da una usuale punteria 5 impegnata con una usuale camma 6 ruotante su un proprio asse 9. Tale stantuffo è dotato di una usuale scanalatura elicoidale 7, regolatrice della portata pompata in ragione della posizione angolare posseduta dallo stantuffo rispetto ad un foro di riflusso. With reference to the aforementioned figure, a pump body 1 is equipped with a pipe 2 through which the pump is fed during the suction phase. From this pipe 2 the fuel flows into a pre-chamber 3. This pre-chamber is crossed (vertically, observing the drawing) by a piston 4 activated alternatively by a usual tappet 5 engaged with a usual cam 6 rotating on its own axis 9. This piston is equipped with a usual helical groove 7, regulating the pumped flow rate due to the angular position of the plunger with respect to a reflux hole.
Tale posizione angolare è riferita ad un usuale foro di afflusso carburante poi chiuso dallo scorrimento dello stantuffo, nonché ad un usuale foro di riflusso del carburante, precedentemente aspirato ma da non pompare. Questa tecnica nota di pompaggio consenziente le necessarie variazioni di portata, dal valore nullo al valore massimo, viene attuata sulla presente invenzione con le particolari differenze di seguito esposte. This angular position refers to a usual fuel inlet hole then closed by the sliding of the piston, as well as to a usual fuel backflow hole, previously sucked in but not to be pumped. This known pumping technique allowing the necessary variations in flow rate, from the zero value to the maximum value, is implemented on the present invention with the particular differences set out below.
Tali differenze consistono m una certa inversione nelle tradizionali posizioni reciproche esistenti tra fori dί afflusso - riflusso e stantuffo. These differences consist in a certain inversion in the traditional reciprocal positions existing between inlet holes - ebb and plunger.
Più precisamente, si ha che nelle pompe tradìzionali i citati fori sono fissi, in quanto appartengono al còrpo della pompa e cooperano con la scanalatura elicoidale dello stantuffo in moto alternativo; nella pompa oggetto dell'invenzione invece, tali fori sono mobili e cooperano con un collare distributore relativamente fisso. Trasferendo tali premesse alla fig- 1, si può meglio comprendere che il carburante presente nella precamera 3 avvolge completamente un collare distributore 8 montato sullo stantuffo 4 ma non solidale a quest'ultimo. More precisely, in conventional pumps the aforementioned holes are fixed, since they belong to the head of the pump and cooperate with the helical groove of the piston in reciprocating motion; in the pump object of the invention, on the other hand, these holes are movable and cooperate with a relatively fixed distributor collar. By transferring these premises to Figure 1, it can be better understood that the fuel present in the pre-chamber 3 completely surrounds a distributor collar 8 mounted on the piston 4 but not integral with the latter.
Tale collare è mantenuto fisso rispetto ai moti assiali alternativi dello stantuffo 4 mediante una testa 17 di un corpo cilindrico 19. This collar is kept fixed with respect to the alternative axial motions of the piston 4 by means of a head 17 of a cylindrical body 19.
Lo stantuffo 4 è dotato di un foro assiale 10 e di un foro radiale 11, in comunicazione tra loro e, in uno specifico tratto definibile con tecnica nota, anche co la scanalatura elicoidale 7. The piston 4 is equipped with an axial hole 10 and a radial hole 11, in communication with each other and, in a specific section which can be defined with the known technique, also with the helical groove 7.
Tale stantuffo 4 è tuffante a tenuta idraulica in una camera 12, delimitata da una faccia pompante 4A di esso, ricavata nel corpo di pompa 1 e nella quale avviene il pompaggio del carburatore verso il motore, passando attraverso un condotto 13 intercettato da una usuale valvola di ritegno 14. This plunger 4 plunges with a hydraulic seal in a chamber 12, delimited by a pumping face 4A thereof, obtained in the pump body 1 and in which the carburettor is pumped towards the engine, passing through a duct 13 intercepted by a usual valve. retainer 14.
Durante la sua fase di discesa (ovvero di relativa aspirazione), lo stantuffo 4 determina la risalita del carburante nella camera di pompaggio 12 facendolo affluire attraverso il suo foro radiale 11 e poi attraverso il foro assiale 10 (tali fori contigui sono disegnati con linea tratteggiata). During its descent phase (or relative suction), the piston 4 causes the fuel to rise back into the pumping chamber 12 making it flow through its radial hole 11 and then through the axial hole 10 (these contiguous holes are drawn with a dashed line ).
Il collare distributore 8 è accoppiato sullo stantuffo 4 con precisione atta alla determinazione delle usuali tenute idrauliche, cosicché l'afflusso del carburante all'interno del foro radiale 11 è consentito da "quanto" la sezione di esso foro sporge rispetto ad un piano inferiore 15 del collare distributore 8. The distributor collar 8 is coupled to the piston 4 with precision suitable for determining the usual hydraulic seals, so that the flow of fuel inside the radial hole 11 is allowed by "how much" the section of this hole protrudes from a lower plane 15 of the distributor collar 8.
Quando, in seguito alla sua risalita, lo stantuffo 4 aumenta la sua penetrazione nella camera di pompaggio 12, esso subisce la riduzione della sezione del suo foro radiale 11 esposta nella precamera 3, fino alla sua scomparsa all'interno del collare 8, e quindi fino alla sua completa occlusione When, following its rise, the piston 4 increases its penetration into the pumping chamber 12, it undergoes the reduction of the section of its radial hole 11 exposed in the prechamber 3, until it disappears inside the collar 8, and therefore until its complete occlusion
Ciò comporta l'innalzamento di pressione del carburante imprigionato nella camera di pompaggio 12. Si realizza così l'invio del carburante all'iniettore nel motore, fino a quando la scanalatura elicoidale 7 si affaccia sul foro radiale 16, presente sul collare di distribuzione 8; tale foro è infatti preposto ad attuare con tecnica usuale il riflusso del carburante non richiesto nella precamera 3, dalla quale verrà nuovamente prelevato attraverso il foro radiale 11 nella successiva fase aspirazione This involves the pressure increase of the fuel trapped in the pumping chamber 12. The fuel is thus sent to the injector in the engine, until the helical groove 7 faces the radial hole 16, present on the distribution collar 8 ; this hole is in fact designed to carry out, with the usual technique, the backflow of the fuel not required in the pre-chamber 3, from which it will again be withdrawn through the radial hole 11 in the subsequent suction phase
Da quanto detto si può dunque comprendere che la fase di mandata della pompa illustrata inizia appena il foro radiale 11 viene completamente chiuso dallo scorrimento di risalita dello stantuffo 4. Siccome il moto di scorrimento dello stantuffo 4 rispetto al corpo di pompa 1 è costante, iq quanto derivato dalla costanza dell'impegno "punteria 5 - camma 6", si ha che tale occlusione può avvenire "prima" oppure "dopo", a seconda che il piano inferiore 15 si trovi "più in basso" oppure "più in alto" rispetto al corpo di pompa 1, al quale è riferito il moto dello stantuffo. From what has been said it can therefore be understood that the delivery phase of the illustrated pump begins as soon as the radial hole 11 is completely closed by the upward sliding of the piston 4. Since the sliding motion of the piston 4 with respect to the pump body 1 is constant, iq as derived from the constant engagement "tappet 5 - cam 6", this occlusion can occur "before" or "after", depending on whether the lower floor 15 is "lower" or "higher" with respect to the pump body 1, to which the motion of the piston refers.
Pertanto, variando il livello di posizionamento del collare distributore 8 rispetto al corpo di pompa 1, si varia anche l'istante in cui comincia l'invio del carburante all'iniettore sul motore, giacché si varia la posizione di detto collare rispetto allo stantuffo 4 dotato del foro radiale 11, dalla cui completa occlusione inizia la compressione di mandata. Tale variazione di anticipo di iniezione è dunque ottenibile da un semplice spostamento assiale del collare distributore 8. Therefore, by varying the positioning level of the distributor collar 8 with respect to the pump body 1, the instant in which the delivery of fuel to the injector on the engine begins, since the position of said collar with respect to the piston 4 is varied. equipped with the radial hole 11, from whose complete occlusion the delivery compression begins. This injection advance variation can therefore be obtained by a simple axial displacement of the distributor collar 8.
Una modalità preferita di attuazione di tale spostamento assiale è costituita dall'intervento della testa 17,, avente un profilo eccentrico rispetto ad un asse 18 del suo corpo cilindrico 19. Tale corpo cilindrico è ruotabile con tenuta idraulica rispetto ad una stfq piastra di supporto 20 vincolata assialmente al corpo di pompa 1. La funzione della citata piastra potrebbe essere svolta anche da altre forme, anche anulari come quella rappresentata, dipendenti da usuali scelte progettuali. Sia il fissaggio che la tenuta idraulica di tali parti sono attuati con tecnica nota (per esempio, viti, anelli tipo OR). A preferred way of carrying out this axial displacement is constituted by the intervention of the head 17, having an eccentric profile with respect to an axis 18 of its cylindrical body 19. This cylindrical body can be rotated with a hydraulic seal with respect to a support plate 20. axially constrained to the pump body 1. The function of the aforementioned plate could also be performed by other shapes, including annular ones such as the one shown, depending on usual design choices. Both the fixing and the hydraulic sealing of these parts are carried out with a known technique (for example, screws, O-rings).
Spostando dunque angolarmente con una leva 21 il corpo cilindrico 19, la testa 17 posiziona a livelli differenti il collare distributore 8, agendo all'interno di una apposita nicchia 22, di forma allungata orizzontalmente (rispetto al disegno) per creare spostamenti del collare solo nel senso di un asse 23 coincidente con quello di pompaggio. Thus moving the cylindrical body 19 angularly with a lever 21, the head 17 positions the distributor collar 8 at different levels, acting inside a special niche 22, of an elongated shape horizontally (with respect to the drawing) to create displacements of the collar only in the direction of an axis 23 coinciding with that of pumping.
Essendo il riferimento della scanalatura elicoidale 7 costituito da un foro, cioè dal foro radiale 16, tale foro, deve necessariamente possedere una sua fissità angolare, per non snaturare la funzione della inclinazione dell'elica della citata scanalatura 7. Since the reference of the helical groove 7 consists of a hole, i.e. the radial hole 16, this hole must necessarily have its own angular fixity, in order not to distort the function of the inclination of the helix of the aforementioned groove 7.
La fissità angolare del foro 16 comporta, dunque, una fissità angolare del collare distributore in cui esso è presente: una fissità angolare che consenta, ovviamente la citata libertà di scorrimento assiale e che, è ottenibile con usuali tecniche: per esempio, con spina eccentrica (non disegnata) avente asse parallelo all'asse 23 ed impegnata scorrevolmente tra il corpo di pompa 1 ed il collare distributore 8. The angular fixity of the hole 16 therefore involves an angular fixity of the distributor collar in which it is present: an angular fixity which obviously allows the aforementioned freedom of axial sliding and which can be obtained with usual techniques: for example, with an eccentric pin (not shown) having an axis parallel to the axis 23 and slidingly engaged between the pump body 1 and the distributor collar 8.
Essendo, da quanto detto, la possibilità pratica di una variazione dell'anticipo di iniezione definita mediante lo spostamento assiale del collare distributore 8, diventa facilmente possibile attuare tale spostamento secondo qualsiasi legge cinematica dettata dalle esigenze di ottenimento dei livelli di emissione nocive voluti nelle varie condizioni operative del motore. Tale spostamento non è infatti legato ad alcuna trasmissione di potenza: come invece avviene con la notoria citata tecnica di calettamento ad angolo variabile tra albero motore e le camme di pompaggio. Tale possibilità risulta pertanto attuabile anche con la rigorosa precisione di dispositivi elettronici pilotati da sensori di temperatura, da sensori di coppia motrice, e da sensori di velocità angolare applicati nel motore. Since, from what has been said, the practical possibility of a variation of the injection advance defined by the axial displacement of the distributor collar 8, it becomes easily possible to carry out this displacement according to any kinematic law dictated by the requirements of obtaining the desired noxious emission levels in the various engine operating conditions. In fact, this displacement is not linked to any power transmission: as instead occurs with the well-known variable angle keying technique between the crankshaft and the pumping cams. This possibility can therefore also be implemented with the rigorous precision of electronic devices piloted by temperature sensors, by torque sensors, and by angular speed sensors applied in the engine.
Osservando la figura allegata si può rilevare la presenza di un manicotto, 24, del tipo usualmente impiegato per la taratura delle pompe mediante la rotazione che esso conferisce allo stantuffo (e quindi all'elica regolatrice di portata presente in questo) relativamente ai tradizionali citati fori di riflusso. By observing the attached figure, it is possible to detect the presence of a sleeve, 24, of the type usually used for the calibration of the pumps by means of the rotation that it gives to the piston (and therefore to the flow control propeller present in this) relative to the traditional aforementioned holes of ebb.
Benché tale intervento sia applicabile alla soluzione di pompa indicata in figura e presupponente un collare distributore 8 vincolato angolarmente (mediante la optata spina non disegnata), tale intervento potrebbe essere reso superfluo, nella macchinosa configurazione usuale illustrata, dalla peculiarità dell'invenzione qui presentata. Infatti, essendo il foro di riflusso costituito dal foro radiale 16 che è presente su di un elemento facilmente spostabile (quale è il collare distributore 8) nonostante la fissità del corpo di pompa 1, diventa possibile e conveniente spostare angolarmente e relativamente le due parti (scanalatura elicoidale 7, foro radiale di riflusso 16) non più intervenendo sullo stantuffo 4, bensì sullo stesso collare distributore 8. Una mobilità attuativa di ciò, indicata a semplice titolo di esempio, potrebbe essere costituita dal realizzare sul collare distributore 8 un arco concentrico all'asse 23 e con dentatura 25 a denti paralleli a questo asse impegnata su di una cremagliera 26: in questo modo, infatti, uno spostamento della cremagliera 26 determinerebbe uno spostamento angolare del collare distributore 8 e quindi una variazione relativa del suo foro 16 rispetto alla scanalatura elicoidale 7 e, nel contempo, consentirebbe allo stesso Although this intervention is applicable to the pump solution indicated in the figure and assuming an angularly constrained distributor collar 8 (by means of the chosen pin not drawn), this intervention could be made superfluous, in the usual complicated configuration illustrated, by the peculiarity of the invention presented here. In fact, since the reflux hole consists of the radial hole 16 which is present on an easily movable element (such as the distributor collar 8) despite the fixity of the pump body 1, it becomes possible and convenient to move the two parts angularly and relatively ( helical groove 7, radial reflux hole 16) no longer acting on the piston 4, but on the distributor collar 8 itself. axis 23 and with toothing 25 with teeth parallel to this axis engaged on a rack 26: in this way, in fact, a displacement of the rack 26 would determine an angular displacement of the distributor collar 8 and therefore a relative variation of its hole 16 with respect to the helical groove 7 and, at the same time, would allow the same
8 una possibilità di spostamento assiale regolato aIla testa 17 e non ostacolato dalla dentatura 25 a sdenti paralleli all'asse 23. L'adozione di questa regolazioné a cremagliera 26 rende ovviamente superflua la regolazione a manicotto 24, la quale è dunque disegnata per scopi puramente illustrativi dei concetti esposti. 8 a possibility of axial displacement adjusted to the head 17 and not hindered by the toothing 25 with teeth parallel to the axis 23. The adoption of this rack adjustment 26 obviously makes the sleeve adjustment 24 superfluous, which is therefore designed for purely purposes illustrative of the concepts exposed.
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1991
- 1991-04-12 DE DE9104468U patent/DE9104468U1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
IT9002926A0 (en) | 1990-05-16 |
IT1244233B (en) | 1994-07-08 |
DE9104468U1 (en) | 1991-06-20 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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0001 | Granted |