ITBO20090197A1

ITBO20090197A1 - FUEL PUMP WITH COLLECTION CHAMBER FOR A DIRECT INJECTION SYSTEM

Info

Publication number: ITBO20090197A1
Application number: IT000197A
Authority: IT
Inventors: Vita Daniele De; Luca Mancini; Massimo Mattioli
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-09-30

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo: of the patent for Industrial Invention entitled:

“POMPA CARBURANTE CON CAMERA DI RACCOLTA PER UN SISTEMA DI INIEZIONE DIRETTA” "FUEL PUMP WITH COLLECTION CHAMBER FOR A DIRECT INJECTION SYSTEM"

SETTORE DELLA TECNICA TECHNIQUE SECTOR

La presente invenzione è relativa ad una pompa carburante per un sistema di iniezione diretta. The present invention relates to a fuel pump for a direct injection system.

ARTE ANTERIORE ANTERIOR ART

Un sistema di iniezione diretta comprende una pluralità di iniettori, un canale comune (“common rail”) che alimenta il carburante in pressione agli iniettori, una pompa di alta pressione, la quale alimenta il carburante al canale comune mediante un condotto di alimentazione ed è provvista di un dispositivo di regolazione della portata, ed una unità di controllo che pilota il dispositivo di regolazione della portata per mantenere la pressione del carburante all’interno del canale comune pari ad un valore desiderato generalmente variabile nel tempo in funzione delle condizioni di funzionamento del motore. A direct injection system comprises a plurality of injectors, a common rail which supplies pressurized fuel to the injectors, a high-pressure pump which feeds the fuel to the common channel by means of a supply pipe and is equipped with a flow rate adjustment device, and a control unit that drives the flow rate adjustment device to maintain the fuel pressure inside the common channel equal to a desired value that generally varies over time depending on the operating conditions of the motor.

La pompa di alta pressione comprende almeno una camera di pompaggio all’interno della quale scorre con moto alternativo un pistone, un condotto di aspirazione regolato da una valvola di aspirazione per alimentare il carburante a bassa pressione all’interno della camera di pompaggio, ed un condotto di mandata regolato da una valvola di mandata per alimentare il carburante ad alta pressione fuori dalla camera di pompaggio e verso il canale comune attraverso il condotto di alimentazione. Generalmente, il dispositivo di regolazione della portata agisce sulla valvola di aspirazione mantenendo la valvola di aspirazione stessa aperta anche durante la fase di pompaggio, in modo tale che una parte variabile del carburante presente nella camera di pompaggio ritorni nel condotto di aspirazione e non venga pompata verso il canale comune attraverso il condotto di alimentazione. The high pressure pump comprises at least one pumping chamber inside which a piston slides with reciprocating motion, an intake duct regulated by an intake valve to feed the fuel at low pressure inside the pumping chamber, and a delivery line regulated by a delivery valve to feed the high pressure fuel out of the pumping chamber and to the common channel through the supply line. Generally, the flow rate adjustment device acts on the intake valve keeping the intake valve itself open even during the pumping phase, so that a variable part of the fuel present in the pumping chamber returns to the intake duct and is not pumped. towards the common channel through the supply conduit.

L’alimentazione del carburante all’interno della camera di pompaggio avviene in modo estremamente discontinuo, cioè presenta dei momenti in cui il carburante entra nella camera di pompaggio (durante la fase di aspirazione con la valvola di aspirazione aperta), presenta dei momenti in cui il carburante non entra e non esce nella/dalla camera di pompaggio (durante la fase di pompaggio con la valvola di aspirazione chiusa), e presenta dei momenti in cui il carburante esce dalla camera di pompaggio (durante la fase di pompaggio con la valvola di aspirazione aperta per effetto dell’azione del dispositivo di regolazione). Tali discontinuità della alimentazione del carburante all’interno della camera di pompaggio si riflettono nel flusso del carburante lungo il condotto di alimentazione; in altre parole, il flusso del carburante lungo il condotto di alimentazione risulta pulsante, cioè presenta una variazione continua della portata istantanea. The feeding of the fuel inside the pumping chamber occurs in an extremely discontinuous way, i.e. there are moments in which the fuel enters the pumping chamber (during the suction phase with the suction valve open), there are moments in which the fuel does not enter and does not leave the pumping chamber (during the pumping phase with the intake valve closed), and has moments in which the fuel leaves the pumping chamber (during the pumping phase with the open suction due to the action of the adjustment device). These discontinuities in the fuel supply inside the pumping chamber are reflected in the fuel flow along the supply duct; in other words, the flow of fuel along the supply duct is pulsating, ie it has a continuous variation of the instantaneous flow rate.

Le pulsazioni del carburante all’interno del condotto di alimentazione sono particolarmente sgradite, in quanto provocano un rumore che si trasmette all’esterno del condotto di alimentazione ed è normalmente ad una frequenza udibile (tipicamente compresa tra 20 e 300 Hz). Inoltre, nella maggior parte dei veicoli il condotto di alimentazione corre al di sotto dell’abitacolo dalla zona posteriore del veicolo (dove sono disposti il serbatoio del carburante e la pompa di bassa pressione) alla zona anteriore del veicolo (dove sono disposti il motore, il canale comune, e la pompa di alta pressione); di conseguenza, il rumore che si genera nel condotto di alimentazione viene trasmesso all’interno del abitacolo e quindi è avvertibile dagli occupanti dell’abitacolo. The pulsations of the fuel inside the supply duct are particularly unwelcome, as they cause a noise that is transmitted outside the supply duct and is normally at an audible frequency (typically between 20 and 300 Hz). In addition, in most vehicles the fuel duct runs underneath the passenger compartment from the rear of the vehicle (where the fuel tank and low pressure pump are located) to the front of the vehicle (where the engine is located, the common channel, and the high pressure pump); consequently, the noise that is generated in the supply duct is transmitted inside the passenger compartment and therefore is noticeable by the occupants of the passenger compartment.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione è di realizzare una pompa carburante per un sistema di iniezione diretta, la quale pompa carburante sia priva degli inconvenienti sopra descritti e sia nel contempo di facile ed economica realizzazione. The object of the present invention is to provide a fuel pump for a direct injection system, which fuel pump is free from the drawbacks described above and is at the same time easy and economical to manufacture.

Secondo la presente invenzione viene realizzata una pompa carburante per un sistema di iniezione diretta secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI According to the present invention, a fuel pump is provided for a direct injection system as claimed in the attached claims. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate a non-limiting example of embodiment, in which:

• la figura 1 è una vista in schematica e con l’asportazione di particolari per chiarezza di un sistema di iniezione diretta di carburante di tipo common rail; • Figure 1 is a schematic view and with the removal of details for clarity of a common rail direct fuel injection system;

• la figura 2 è una vista in sezione, schematica e con l’asportazione di particolari per chiarezza di una pompa carburante di alta pressione del sistema di iniezione diretta della figura 1 realizzata secondo la presente invenzione; e • figure 2 is a sectional view, schematic and with the removal of details for clarity of a high pressure fuel pump of the direct injection system of figure 1 made according to the present invention; And

• la figura 3 è una vista in scala ingrandita di una valvola di massima pressione della pompa carburante di alta pressione della figura 2. Figure 3 is an enlarged scale view of a relief valve of the high pressure fuel pump of figure 2.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE PREFERRED FORMS OF IMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un sistema di iniezione diretta di carburante di tipo common rail per un motore termico a combustione interna. In Figure 1, the number 1 indicates as a whole a common rail type direct fuel injection system for an internal combustion thermal engine.

Il sistema 1 di iniezione diretta comprende una pluralità di iniettori 2, un canale 3 comune (“common rail”) che alimenta il carburante in pressione agli iniettori 2, una pompa 4 di alta pressione, la quale alimenta il carburante al canale 3 comune mediante un condotto 5 di alimentazione ed è provvista di un dispositivo 6 di regolazione della portata, una unità 7 di controllo che mantiene la pressione del carburante all’interno del canale 3 comune pari ad un valore desiderato generalmente variabile nel tempo in funzione delle condizioni di funzionamento del motore, ed una pompa 8 di bassa pressione che alimenta il carburante da un serbatoio 9 alla pompa 4 di alta pressione mediante un condotto 10 di alimentazione. The direct injection system 1 comprises a plurality of injectors 2, a common channel 3 ("common rail") which supplies the fuel under pressure to the injectors 2, a high pressure pump 4, which supplies the fuel to the common channel 3 by means of a supply duct 5 and is equipped with a device 6 for regulating the flow rate, a control unit 7 which maintains the pressure of the fuel inside the common duct 3 equal to a desired value which generally varies over time according to the operating conditions of the engine, and a low pressure pump 8 which feeds the fuel from a tank 9 to the high pressure pump 4 by means of a feed pipe 10.

L’unità 7 di controllo è accoppiata al dispositivo 6 di regolazione per controllare la portata della pompa 4 di alta pressione in modo da alimentare istante per istante al canale 3 comune la quantità di carburante necessaria ad avere il valore desiderato di pressione all’interno del canale 3 comune stesso; in particolare, l’unità 7 di controllo regola la portata della pompa 4 di alta pressione mediante un controllo in retroazione utilizzante come variabile di retroazione il valore della pressione del carburante all’interno del canale 3 comune, valore della pressione rilevato in tempo reale da un sensore 11 di pressione. The control unit 7 is coupled to the adjustment device 6 to control the flow rate of the high pressure pump 4 so as to supply instant by instant to the common channel 3 the quantity of fuel necessary to have the desired pressure value inside the common channel 3 itself; in particular, the control unit 7 adjusts the flow rate of the high pressure pump 4 by means of a feedback control using as a feedback variable the value of the fuel pressure inside the common channel 3, the pressure value detected in real time by a pressure sensor 11.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, la pompa 4 di alta pressione comprende un corpo 12 principale che presenta un asse 13 longitudinale e definisce al suo interno una camera 14 di pompaggio di forma cilindrica. All’interno della camera 14 di pompaggio è montato scorrevole un pistone 15 che spostandosi di moto alternativo lungo l’asse 13 longitudinale determina una ciclica variazione del volume della camera 14 di pompaggio. Una porzione inferiore del pistone 15 è da un lato accoppiata ad una molla 16 che tende a spingere il pistone 15 verso una posizione di massimo volume della camera 14 di pompaggio e dall’altro lato è accoppiata ad un eccentrico (non illustrato) che viene portato in rotazione da un albero motore del motore per spostare ciclicamente il pistone 15 verso l’alto comprimendo la molla 16. According to what is illustrated in Figure 2, the high pressure pump 4 comprises a main body 12 which has a longitudinal axis 13 and defines inside it a cylindrical pumping chamber 14. Inside the pumping chamber 14 a piston 15 is slidingly mounted which moving with reciprocating motion along the longitudinal axis 13 causes a cyclical variation in the volume of the pumping chamber 14. A lower portion of the piston 15 is on one side coupled to a spring 16 which tends to push the piston 15 towards a position of maximum volume of the pumping chamber 14 and on the other side is coupled to an eccentric (not shown) which is carried in rotation by a crankshaft of the engine to cyclically move the piston 15 upwards by compressing the spring 16.

Da una parete laterale della camera 14 di pompaggio si origina un canale 17 di aspirazione che è collegato alla pompa 8 di bassa pressione mediante il condotto 10 di alimentazione ed è regolato da una valvola 18 di aspirazione disposta in corrispondenza della camera 14 di pompaggio. La valvola 18 di aspirazione comprende un disco 19 presentante una serie di fori 20 passanti attraverso i quali può fluire il carburante ed una lamina 21 deformabile di forma circolare che si appoggia ad una base del disco 19 chiudendo il passaggio attraverso i fori 20. La valvola 18 di aspirazione è normalmente comandata in pressione ed in assenza di interventi esterni la valvola 18 di aspirazione è chiusa quando la pressione del carburante nella camera 14 di pompaggio è superiore alla pressione del carburante nel canale 17 di aspirazione ed è aperta quando la pressione del carburante nella camera 14 di pompaggio inferiore alla pressione del carburante nel canale 17 di aspirazione. In particolare, quando il carburante fluisce verso la camera 14 di pompaggio la lamina 21 si deforma allontanandosi dal disco 19 sotto la spinta del carburante permettendo il passaggio del carburante attraverso i fori 20; invece quando il carburante fluisce dalla camera 14 di pompaggio la lamina 21 si schiaccia contro il disco 19 sigillando i fori 20 e quindi impedendo il passaggio del carburante attraverso i fori 20. From a side wall of the pumping chamber 14 originates a suction channel 17 which is connected to the low pressure pump 8 by means of the supply duct 10 and is regulated by a suction valve 18 arranged in correspondence with the pumping chamber 14. The intake valve 18 comprises a disc 19 having a series of through holes 20 through which the fuel can flow and a deformable circular plate 21 which rests on a base of the disc 19, closing the passage through the holes 20. The valve 18 of the intake is normally controlled under pressure and in the absence of external interventions the intake valve 18 is closed when the pressure of the fuel in the pumping chamber 14 is higher than the pressure of the fuel in the intake channel 17 and is open when the pressure of the fuel in the pumping chamber 14 below the pressure of the fuel in the intake channel 17. In particular, when the fuel flows towards the pumping chamber 14, the lamina 21 deforms moving away from the disc 19 under the thrust of the fuel, allowing the fuel to pass through the holes 20; on the other hand, when the fuel flows from the pumping chamber 14, the lamina 21 compresses against the disc 19, sealing the holes 20 and therefore preventing the passage of the fuel through the holes 20.

Da una parete laterale della camera 14 di pompaggio e dal lato opposto rispetto al canale 17 di aspirazione si origina un canale 22 di mandata che è collegato al canale 3 comune mediante il condotto 5 di alimentazione ed è regolato da una valvola 23 di mandata monodirezionale che è disposta in corrispondenza della camera 14 di pompaggio e permette unicamente un flusso di carburante in uscita dalla camera 14 di pompaggio. From a side wall of the pumping chamber 14 and from the side opposite to the suction duct 17 a delivery duct 22 originates which is connected to the common duct 3 by means of the supply duct 5 and is regulated by a one-way delivery valve 23 which it is arranged in correspondence with the pumping chamber 14 and allows only a flow of fuel leaving the pumping chamber 14.

La valvola 23 di mandata comprende un otturatore 24 di forma sferica e mobile lungo il canale 15 di scarico ed una sede 25 valvolare, la quale è atta a venire impegnata a tenuta di fluido dall’otturatore 24 ed è disposta all’estremità del canale 22 di mandata comunicante con la camera 14 di pompaggio; una molla 26 tarata spinge l’otturatore 24 verso una posizione di impegno a tenuta di fluido della sede 25 valvolare. La valvola 23 di mandata è comandata in pressione, in quanto le forze originate dalle differenze di pressione ai capi della valvola 23 di mandata sono molto maggiori della forza generata dalla molla 26; in particolare, la valvola 23 di mandata è aperta quando la pressione del carburante nella camera 14 di pompaggio è superiore alla pressione del carburante nel canale 22 di mandata ed è chiusa quando la pressione del carburante nella camera 14 di pompaggio è inferiore alla pressione del carburante nel canale 22 di mandata. The delivery valve 23 comprises a spherical obturator 24 movable along the discharge channel 15 and a valve seat 25, which is adapted to be engaged in a fluid-tight manner by the obturator 24 and is arranged at the end of the channel 22 delivery communicating with the pumping chamber 14; a calibrated spring 26 pushes the shutter 24 towards a position of fluid-tight engagement of the valve seat 25. The delivery valve 23 is controlled under pressure, since the forces originating from the pressure differences across the delivery valve 23 are much greater than the force generated by the spring 26; in particular, the delivery valve 23 is open when the fuel pressure in the pumping chamber 14 is higher than the fuel pressure in the delivery channel 22 and is closed when the fuel pressure in the pumping chamber 14 is lower than the fuel pressure in delivery channel 22.

Il dispositivo 6 di regolazione è accoppiato alla valvola 18 di aspirazione per permettere alla unità 7 di controllo di mantenere la valvola 18 di aspirazione aperta durante una fase di pompaggio del pistone 15 e quindi consentire un flusso di carburante in uscita dalla camera 14 di pompaggio attraverso il canale 17 di aspirazione. Il dispositivo 6 di regolazione comprende una asta 27 di comando, la quale è accoppiata alla lamina 21 della valvola 18 di aspirazione mediante un foro centrale passante ricavato attraverso il disco 19 ed è mobile tra una posizione passiva, in cui permette alla lamina 21 di impegnare a tenuta di fluido il disco 19 per sigillare i fori 20, ed una posizione attiva, in cui non permette alla lamina di impegnare a tenuta di fluido il disco 19 lasciando aperti i fori 20. Il dispositivo 6 di regolazione comprende, inoltre, un attuatore 28 elettromagnetico, il quale è accoppiato all’asta 27 di comando per spostare l’asta 27 di comando tra la posizione attiva e la posizione passiva. L’attuatore 28 elettromagnetico comprende una molla 29 che mantiene l’asta 27 di comando nella posizione attiva, ed un elettromagnete 30 pilotato dall’unità 7 di controllo ed atto a spostare l’asta 27 di comando nella posizione passiva attirando magneticamente una ancora 31 ferromagnetica solidale all’asta 27 di comando; in particolare, quando l’elettromagnete 30 è eccitato, l’asta 27 di comando è richiamata nella citata posizione passiva e la comunicazione tra il canale 17 di aspirazione e la camera 14 di pompaggio può venire interrotta dalla chiusura della valvola 18 di aspirazione. The adjustment device 6 is coupled to the intake valve 18 to allow the control unit 7 to keep the intake valve 18 open during a pumping phase of the piston 15 and therefore to allow a flow of fuel leaving the pumping chamber 14 through the suction channel 17. The adjustment device 6 comprises a control rod 27, which is coupled to the lamina 21 of the intake valve 18 by means of a central through hole obtained through the disc 19 and is movable between a passive position, in which it allows the lamina 21 to engage the disc 19 to seal the holes 20, and an active position, in which it does not allow the lamina to engage the disc 19 in a fluid-tight manner, leaving the holes 20 open. The adjustment device 6 also comprises an actuator 28 electromagnetic, which is coupled to the control rod 27 to move the control rod 27 between the active position and the passive position. The electromagnetic actuator 28 comprises a spring 29 which keeps the control rod 27 in the active position, and an electromagnet 30 piloted by the control unit 7 and adapted to move the control rod 27 into the passive position by magnetically attracting an anchor 31 ferromagnetic integral with the control rod 27; in particular, when the electromagnet 30 is energized, the control rod 27 is recalled in the aforementioned passive position and the communication between the suction channel 17 and the pumping chamber 14 can be interrupted by the closure of the suction valve 18.

Da una parete superiore della camera 14 di pompaggio si origina un canale 32 di scarico, il quale mette in comunicazione la camera 14 di pompaggio con il canale 22 di mandata ed è regolato da una valvola 33 di massima pressione monodirezionale che permette unicamente un flusso di carburante in ingresso alla camera 14 di pompaggio. La funzione della valvola 33 di massima pressione è di permettere un sfogo del carburante nel caso in cui la pressione del carburante nel canale 3 comune superi un valore massimo stabilito in fase di progetto (tipicamente nel caso di errori nel controllo effettuato dalla unità 7 di controllo); in altre parole, la valvola 33 di massima pressione è tarata per aprirsi automaticamente quando il salto di pressione ai suoi capi è superiore ad un valore di soglia stabilito in fase di progetto e quindi impedire che la pressione del carburante nel canale 3 comune superi il valore massimo stabilito in fase di progetto. From an upper wall of the pumping chamber 14 a discharge channel 32 originates, which connects the pumping chamber 14 with the delivery channel 22 and is regulated by a one-way maximum pressure valve 33 which only allows a flow of fuel entering the pumping chamber 14. The function of the maximum pressure valve 33 is to allow the fuel to be vented in the event that the fuel pressure in the common channel 3 exceeds a maximum value established in the design phase (typically in the case of errors in the control carried out by the control unit 7 ); in other words, the maximum pressure valve 33 is calibrated to open automatically when the pressure jump across it is higher than a threshold value established in the design phase and thus prevent the fuel pressure in the common channel 3 from exceeding the value maximum established in the design phase.

Secondo quanto illustrato nella figura 3, la valvola 33 di massima pressione comprende un otturatore 34 di forma sferica e mobile lungo il canale 32 di scarico ed una sede 35 valvolare, la quale è atta a venire impegnata a tenuta di fluido dall’otturatore 34; una molla 36 tarata spinge l’otturatore 34 verso una posizione di impegno a tenuta di fluido della sede 35 valvolare. La forza elastica della molla 36 viene tarata in modo tale che l’otturatore 34 si separi dalla sede 35 valvolare solo quando il salto di pressione ai capi della valvola 33 di massima pressione è superiore al valore di soglia stabilito in fase di progetto. According to what is illustrated in Figure 3, the maximum pressure valve 33 comprises a shutter 34 of spherical shape and movable along the discharge channel 32 and a valve seat 35, which is adapted to be engaged in a fluid-tight manner by the shutter 34; a calibrated spring 36 pushes the shutter 34 towards a position of fluid-tight engagement of the valve seat 35. The elastic force of the spring 36 is calibrated in such a way that the shutter 34 separates from the valve seat 35 only when the pressure jump across the maximum pressure valve 33 is higher than the threshold value established in the design phase.

Inoltre, la valvola 33 di massima pressione comprende un piattello 37 calibrato che determina localmente una riduzione della sezione 38 di passaggio del carburante attraverso il canale 32 di scarico; la dimensione (cioè il diametro) del piattello 37 calibrato viene determinata in modo tale da ottenere in corrispondenza del piattello 37 calibrato una sezione 38 anulare di passaggio del carburante avente una area limitata e pari ad un valore desiderato. Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 3, il piattello 37 calibrato è interposto tra una estremità della molla 36 ed una estremità dell’otturatore 34 ed è appoggiato sia al piattello 37, sia alla molla 36; in particolare, il piattello 37 calibrato è provvisto di uno stelo 39 che è solidale al piattello 37 calibrato, è infilato all’interno della molla 36 ed ha sia la funzione di impedire rotazioni indesiderate del piattello 37, sia di costituire un fine corsa di massima apertura per l’otturatore 34 (cioè quando l’estremità dello stelo 39 opposta al piattello 37 si appoggia alla parete di fondo del canale 32 di scarico viene arrestata la corsa di apertura dell’otturatore 34). Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, il piattello 37 calibrato è solidale (ad esempio è saldato) all’otturatore 34, oppure è solidale (ad esempio è saldato) alla molla 36; in questo caso il piattello 37 calibrato potrebbe anche non essere interposto tra l’otturatore 34 e la molla 36. Furthermore, the maximum pressure valve 33 comprises a calibrated plate 37 which locally determines a reduction of the section 38 for the passage of the fuel through the discharge channel 32; the size (ie the diameter) of the calibrated plate 37 is determined in such a way as to obtain in correspondence with the calibrated plate 37 an annular section 38 for the passage of the fuel having a limited area and equal to a desired value. According to the embodiment illustrated in Figure 3, the calibrated plate 37 is interposed between one end of the spring 36 and one end of the shutter 34 and is supported both on the plate 37 and on the spring 36; in particular, the calibrated plate 37 is provided with a stem 39 which is integral with the calibrated plate 37, is inserted inside the spring 36 and has both the function of preventing unwanted rotations of the plate 37, and of constituting a maximum limit switch opening for the shutter 34 (ie when the end of the stem 39 opposite the plate 37 rests against the bottom wall of the discharge channel 32, the opening stroke of the shutter 34 is stopped). According to a different embodiment not shown, the calibrated plate 37 is integral (for example it is welded) to the shutter 34, or is integral (for example it is welded) to the spring 36; in this case the calibrated plate 37 may not even be interposed between the shutter 34 and the spring 36.

Quando la valvola 33 di massima pressione si apre per effetto della eccessiva pressione del carburante nel condotto 3 comune, in corrispondenza della riduzione della sezione 38 di passaggio dovuta alla presenza del piattello 37 calibrato si verifica localmente una perdita di carico significativa che determina tra monte e valle del piattello 37 calibrato una corrispondente differenza di pressione (cioè la pressione del carburante a monte del piattello 37 calibrato è significativamente maggiore della pressione del carburante a valle del piattello 37 calibrato); tale differenza di pressione genera sul piattello 37 calibrato (e quindi sulla molla 36 che è appoggiata al piattello 37 calibrato) una forza di origine idraulica che comprime ulteriormente la molla 36 e quindi che contribuisce all’apertura della valvola 33 di massima pressione. When the maximum pressure valve 33 opens due to the excessive pressure of the fuel in the common duct 3, in correspondence with the reduction of the passage section 38 due to the presence of the calibrated plate 37, a significant pressure drop occurs locally which determines between the upstream and downstream of the calibrated plate 37 a corresponding pressure difference (ie the fuel pressure upstream of the calibrated plate 37 is significantly higher than the fuel pressure downstream of the calibrated plate 37); this pressure difference generates on the calibrated plate 37 (and therefore on the spring 36 which rests on the calibrated plate 37) a force of hydraulic origin which further compresses the spring 36 and therefore contributes to the opening of the maximum pressure valve 33.

E’ importante osservare che la perdita di carico che si verifica localmente a cavallo del piattello 37 calibrato non è costante, ma è proporzionale alla portata di carburante che fluisce attraverso il canale 32 di scarico; cioè tanto più elevata è la portata di carburante che fluisce attraverso il canale 32 di scarico, tanto più elevata è la perdita di carico che si verifica localmente a cavallo del piattello 37 calibrato e quindi tanto più elevata è la forza di origine idraulica che insiste sul piattello 37 calibrato e comprime ulteriormente la molla 36. It is important to note that the pressure drop that occurs locally across the calibrated plate 37 is not constant, but is proportional to the fuel flow rate that flows through the discharge channel 32; that is, the higher the fuel flow rate that flows through the discharge channel 32, the higher the pressure drop that occurs locally across the calibrated plate 37 and therefore the higher the force of hydraulic origin which insists on the plate 37 calibrated and further compresses the spring 36.

Dimensionando opportunamente la dimensione (cioè il diametro) del piattello 37 calibrato è possibile fare in modo che la forza di origine idraulica che insiste sul piattello 37 calibrato e viene generata dalla perdita di carico a cavallo del piattello 37 calibrato sia all’incirca pari all’aumento della forza elastica generata dalla molla 36 dovuta alla compressione della molla 36 che si verifica obbligatoriamente quando la valvola 33 di massima pressione si apre. Di conseguenza, all’aumentare del grado di apertura della valvola 33 di massima pressione, cioè all’aumentare della distanza tra l’otturatore 34 e la sede 35 valvolare, aumenta progressivamente la forza elastica generata dalla molla 36 in quanto aumenta progressivamente la compressione della molla 36 ma nello stesso tempo aumenta progressivamente anche la forza di origine idraulica che insiste sul piattello 37 calibrato e viene generata dalla perdita di carico a cavallo del piattello 37 calibrato in quanto aumenta la portata di carburante che fluisce attraverso il canale 32 di scarico. Avendo la forza di origine idraulica che insiste sul piattello 37 calibrato un verso contrario rispetto alla forza elastica generata dalla molla 36, l’aumento progressivo della forza elastica generata dalla molla 36 viene compensato dall’aumento progressivo della forza di origine idraulica che insiste sul piattello 37 calibrato e quindi la spinta complessiva che agisce sull’otturatore 34 rimane all’incirca costante al variare del grado di apertura della valvola 33 di massima pressione, cioè all’aumentare della distanza tra l’otturatore 34 e la sede 35 valvolare; rimanendo costante la spinta complessiva che agisce sull’otturatore 34 al variare del grado di apertura della valvola 33 di massima pressione, rimane costante anche la pressione del carburante a valle della valvola 33 di massima pressione, cioè rimane costante la pressione del carburante nel condotto 10 di alimentazione di mandata e quindi nel canale 3 comune. By appropriately dimensioning the size (i.e. the diameter) of the calibrated plate 37, it is possible to make sure that the hydraulic force that insists on the calibrated plate 37 and is generated by the pressure drop across the calibrated plate 37 is approximately equal to increase in the elastic force generated by the spring 36 due to the compression of the spring 36 which necessarily occurs when the maximum pressure valve 33 opens. Consequently, as the degree of opening of the maximum pressure valve 33 increases, i.e. as the distance between the shutter 34 and the valve seat 35 increases, the elastic force generated by the spring 36 progressively increases as the compression of the valve increases progressively. spring 36 but at the same time also progressively increases the force of hydraulic origin which insists on the calibrated plate 37 and is generated by the loss of load across the calibrated plate 37 as the flow rate of fuel flowing through the discharge channel 32 increases. Having the force of hydraulic origin that insists on the plate 37 calibrated in a direction opposite to the elastic force generated by the spring 36, the progressive increase of the elastic force generated by the spring 36 is compensated by the progressive increase of the hydraulic force that insists on the plate 37 calibrated and therefore the overall thrust acting on the obturator 34 remains approximately constant as the degree of opening of the maximum pressure valve 33 varies, ie as the distance between the obturator 34 and the valve seat 35 increases; since the overall thrust which acts on the shutter 34 remains constant as the degree of opening of the maximum pressure valve 33 varies, the fuel pressure downstream of the maximum pressure valve 33 also remains constant, i.e. the fuel pressure in the duct 10 remains constant supply and therefore in common channel 3.

Per riassumere quanto sopra descritto, grazie alla presenza del piattello 37 calibrato è possibile rendere all’incirca costante la spinta complessiva che agisce sull’otturatore 34 al variare del grado di apertura della valvola 33 di massima pressione; in questo modo, la massima pressione del carburante nel canale 3 comune rimane all’incirca costante al variare del regime del motore, cioè al variare della portata istantanea della pompa 4 di alta pressione. To summarize the above, thanks to the presence of the calibrated plate 37 it is possible to make the overall thrust acting on the shutter 34 approximately constant as the degree of opening of the maximum pressure valve 33 varies; in this way, the maximum fuel pressure in the common channel 3 remains approximately constant as the engine speed varies, that is, when the instantaneous flow rate of the high pressure pump 4 varies.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il canale 17 di aspirazione collega il condotto 10 di alimentazione alla camera 14 di pompaggio, è regolato dalla valvola 18 di aspirazione (disposta in corrispondenza della camera 14 di pompaggio) e si sviluppa parzialmente all’interno del corpo 12 principale. Secondo una preferita forma di attuazione, lungo il canale 17 di aspirazione (quindi a monte della valvola 18 di aspirazione) è disposta una camera 40 di compensazione, all’interno della quale sono disposti dei corpi 41 compensatori deformabili elasticamente (o meglio comprimibili elasticamente). La funzione dei corpi 41 compensatori disposti nella camera 40 di compensazione è di attenuare le fluttuazioni (pulsazioni) della portata del carburante lungo il condotto 10 di alimentazione. L’alimentazione del carburante all’interno della camera 14 di pompaggio avviene in modo estremamente discontinuo, cioè presenta dei momenti in cui il carburante entra nella camera 14 di pompaggio (durante la fase di aspirazione con la valvola 18 di aspirazione aperta), presenta dei momenti in cui il carburante non entra e non esce nella/dalla camera 14 di pompaggio (durante la fase di pompaggio con la valvola 18 di aspirazione chiusa), e presenta dei momenti in cui il carburante esce dalla camera 14 di pompaggio (durante la fase di pompaggio con la valvola 18 di aspirazione aperta per effetto dell’azione del dispositivo 6 di regolazione). Tali discontinuità della alimentazione del carburante all’interno della camera 14 di pompaggio vengono in parte attenuate dalla variazione del volume dei corpi 41 compensatori disposti nella camera 40 di compensazione e quindi la portata del carburante attraverso il condotto 10 di alimentazione può essere più continua, cioè meno pulsante (ovvero le pulsazioni rimangono ma presentano una ampiezza ridotta). As shown in Figure 2, the intake duct 17 connects the supply duct 10 to the pumping chamber 14, is regulated by the intake valve 18 (located in correspondence with the pumping chamber 14) and extends partially inside the body. 12 main. According to a preferred embodiment, a compensation chamber 40 is arranged along the intake channel 17 (therefore upstream of the intake valve 18), inside which elastically deformable (or rather elastically compressible) compensating bodies 41 are arranged. . The function of the compensating bodies 41 arranged in the compensation chamber 40 is to attenuate the fluctuations (pulsations) of the fuel flow along the supply duct 10. The feeding of the fuel inside the pumping chamber 14 occurs in an extremely discontinuous way, i.e. there are moments in which the fuel enters the pumping chamber 14 (during the suction phase with the suction valve 18 open), it has some moments in which the fuel does not enter and does not leave the pumping chamber 14 (during the pumping phase with the intake valve 18 closed), and there are moments in which the fuel leaves the pumping chamber 14 (during the pumping phase with the suction valve 18 open due to the action of the adjustment device 6). These discontinuities in the fuel supply inside the pumping chamber 14 are partially attenuated by the variation in the volume of the compensating bodies 41 arranged in the compensation chamber 40 and therefore the flow of fuel through the supply duct 10 can be more continuous, i.e. less pulsating (i.e. the pulsations remain but have a reduced amplitude).

Inoltre, all’interno del corpo 12 principale è ricavato una camera 42 di raccolta, la quale è disposta al di sotto della camera 14 di pompaggio ed è attraversata da una porzione intermedia del pistone 15 che è conformata in modo tale da variare ciclicamente il volume della camera 42 di raccolta per effetto del proprio movimento alternativo. In particolare, la porzione intermedia del pistone 15 che si trova all’interno della camera 42 di raccolta è conformata come la porzione superiore del pistone 15 che si trova all’interno della camera 14 di pompaggio in modo tale che quando il pistone 15 si sposta la variazione di volume che si verifica nella camera 42 di raccolta per effetto dello spostamento del pistone 15 è uguale e contraria alla variazione di volume che si verifica nella camera 14 di pompaggio per effetto dello spostamento del pistone 15. Furthermore, inside the main body 12 there is a collection chamber 42, which is arranged below the pumping chamber 14 and is crossed by an intermediate portion of the piston 15 which is shaped in such a way as to cyclically vary the volume. of the collection chamber 42 due to its reciprocating movement. In particular, the intermediate portion of the piston 15 which is inside the collection chamber 42 is shaped like the upper portion of the piston 15 which is inside the pumping chamber 14 so that when the piston 15 moves the volume variation that occurs in the collection chamber 42 due to the displacement of the piston 15 is equal and opposite to the volume variation that occurs in the pumping chamber 14 due to the displacement of the piston 15.

La camera 42 di raccolta è collegata al canale 17 di aspirazione mediante un canale 43 di collegamento che sfocia in corrispondenza della valvola 18 di aspirazione. Inoltre, al di sotto della camera 42 di raccolta è prevista una guarnizione 44 di tenuta anulare, la quale è disposta attorno ad una porzione inferiore del pistone 15 ed ha la funzione di impedire trafilamenti di carburante lungo la parete laterale del pistone 15. Secondo una preferita forma di attuazione, la camera 42 di raccolta è delimitata superiormente e lateralmente da una superficie inferiore del corpo 12 principale ed è delimitata inferiormente da un tappo 45 anulare che è lateralmente saldato al corpo 12 principale. Il tappo 45 anulare presenta centralmente una sede che alloggia la guarnizione 44 di tenuta anulare. Inoltre, la molla 26 risulta compressa tra una parete inferiore del tappo 45 anulare ed una parete superiore di una espansione 46 anulare solidale all’estremità inferiore del pistone 15; in questo modo, la molla 26 è disposta all’esterno del corpo 12 principale e quindi è sia ispezionabile visivamente, sia completamente isolata dal carburante. The collection chamber 42 is connected to the suction channel 17 by means of a connection channel 43 which opens at the suction valve 18. Furthermore, below the collection chamber 42 there is an annular sealing gasket 44, which is arranged around a lower portion of the piston 15 and has the function of preventing fuel leaks along the side wall of the piston 15. According to a preferred embodiment, the collection chamber 42 is delimited above and laterally by a lower surface of the main body 12 and is delimited below by an annular plug 45 which is laterally welded to the main body 12. The annular cap 45 has a central seat which houses the annular sealing gasket 44. Furthermore, the spring 26 is compressed between a lower wall of the annular cap 45 and an upper wall of an annular expansion 46 integral with the lower end of the piston 15; in this way, the spring 26 is arranged outside the main body 12 and therefore can be inspected both visually and completely isolated from the fuel.

In uso, una prima funzione della camera 42 di raccolta è di raccogliere il carburante che inevitabilmente trafila dalla camera 14 di pompaggio lungo la parete laterale del pistone 15 durante la fase di pompaggio. Tali trafilamenti di carburante arrivano nella camera 42 di raccolta e quindi da questa vengono reindirizzati verso la camera 14 di pompaggio attraverso il canale 43 di collegamento. La presenza della guarnizione 44 di tenuta anulare disposta al di sotto della camera 42 di raccolta impedisce ulteriori trafilamenti di carburante lungo la parete laterale del pistone 15 fuori dalla camera 42 di raccolta stessa. E’ importante osservare che il carburante nella camera 42 di raccolta è a bassa pressione e quindi la guarnizione 44 di tenuta anulare non è sottoposta a sollecitazioni elevate. In use, a first function of the collection chamber 42 is to collect the fuel which inevitably leaks from the pumping chamber 14 along the side wall of the piston 15 during the pumping phase. Such fuel leaks arrive in the collection chamber 42 and are then redirected from this towards the pumping chamber 14 through the connection channel 43. The presence of the annular sealing gasket 44 arranged below the collection chamber 42 prevents further fuel leaks along the side wall of the piston 15 out of the collection chamber 42 itself. It is important to note that the fuel in the collection chamber 42 is at low pressure and therefore the annular seal 44 is not subjected to high stresses.

In uso, una ulteriore funzione della camera 42 di raccolta è di contribuire alla compensazione delle pulsazioni della portata del carburante: quando il pistone 15 sale riducendo il volume della camera 14 di pompaggio, il carburante espulso dalla camera 14 di pompaggio attraverso la valvola 18 di aspirazione che viene tenuta aperta dal dispositivo 6 di regolazione può fluire verso la camera 42 di raccolta in quanto la salita del pistone 15 aumenta il volume della camera 42 di raccolta di una quantità pari alla corrispondente riduzione del volume della camera 14 di pompaggio. Quando il pistone 15 sale riducendo il volume della camera 14 di pompaggio e la valvola 18 di aspirazione è chiusa, l’aumento di volume della camera 42 di raccolta determina una aspirazione di carburante all’interno della camera 42 di raccolta dal canale 17 di aspirazione. Quando il pistone 15 scende aumenta il volume della camera 14 di pompaggio e riduce, di una stessa quantità, il volume della camera 42 di raccolta; in questa situazione, il carburante che viene espulso dalla camera 42 di raccolta per effetto della diminuzione di volume della camera 42 di raccolta stessa viene aspirato dalla camera 14 di pompaggio per effetto dell’aumento di volume della camera 14 di pompaggio stessa. In use, a further function of the collection chamber 42 is to contribute to the compensation of the pulsations of the fuel flow: when the piston 15 rises reducing the volume of the pumping chamber 14, the fuel expelled from the pumping chamber 14 through the valve 18 of suction which is held open by the adjustment device 6 can flow towards the collection chamber 42 since the rising of the piston 15 increases the volume of the collection chamber 42 by an amount equal to the corresponding reduction in the volume of the pumping chamber 14. When the piston 15 rises, reducing the volume of the pumping chamber 14 and the intake valve 18 is closed, the increase in volume of the collection chamber 42 determines a suction of fuel inside the collection chamber 42 from the intake channel 17 . When the piston 15 descends, the volume of the pumping chamber 14 increases and reduces the volume of the collection chamber 42 by the same amount; in this situation, the fuel that is expelled from the collection chamber 42 due to the decrease in volume of the collection chamber 42 itself is sucked from the pumping chamber 14 due to the increase in volume of the pumping chamber 14 itself.

In altre parole, si verifica ciclicamente uno scambio di carburante tra la camera 42 di raccolta (che si riempie quando il pistone 15 sale durante la fase di pompaggio e si svuota quando il pistone 15 scende durante la fase di aspirazione) e la camera 14 di pompaggio (che si svuota quando il pistone 15 sale durante la fase di pompaggio e si riempie quando il pistone 15 scende durante la fase di aspirazione). Per ottimizzare tale scambio di carburante tra la camera 42 di raccolta e la camera 14 di pompaggio è fondamentale che il movimento del pistone 15 determini nella camera 42 di raccolta una variazione di volume uguale e contraria alla variazione di volume nella camera 14 di pompaggio. In other words, there is a cyclical exchange of fuel between the collection chamber 42 (which fills up when the piston 15 rises during the pumping phase and empties when the piston 15 descends during the suction phase) and the fuel chamber 14. pumping (which empties when the piston 15 rises during the pumping phase and fills when the piston 15 falls during the suction phase). To optimize this exchange of fuel between the collection chamber 42 and the pumping chamber 14 it is essential that the movement of the piston 15 determines in the collection chamber 42 a volume variation equal to and opposite to the volume variation in the pumping chamber 14.

Grazie al sopra descritto scambio ciclico di carburante tra la camera 42 di raccolta e la camera 14 di pompaggio è possibile ottenere una riduzione molto elevata nelle pulsazioni del carburante all’interno del condotto 10 di alimentazione; alcune simulazioni teoriche hanno previsto che la riduzione nelle pulsazioni del carburante all’interno del condotto 10 di alimentazione può superare il 50% (cioè l’ampiezza delle pulsazioni è più che dimezzata rispetto ad un analoga pompa di alta pressione priva del sopra descritto scambio ciclico di carburante). Secondo una preferita forma di attuazione, lungo il condotto 10 di alimentazione a valle della pompa 8 di bassa pressione è inserita una valvola 47 di sovrapressione, la quale serve a scaricare il carburante dal condotto 10 di alimentazione al serbatoio 9 quando la pressione all’interno del condotto 10 di alimentazione supera un valore di soglia prefissato per effetto del flusso di ritorno del carburante dalla camera 14 di pompaggio. La funzione della valvola 47 di sovrapressione è di evitare che la pressione all’interno del condotto 10 di alimentazione possa raggiungere valori relativamente elevati che potrebbero nel tempo portare alla rottura della pompa 8 di bassa pressione. Thanks to the aforementioned cyclic exchange of fuel between the collection chamber 42 and the pumping chamber 14, it is possible to obtain a very high reduction in the pulsations of the fuel inside the supply duct 10; some theoretical simulations have foreseen that the reduction in the fuel pulsations inside the supply duct 10 can exceed 50% (i.e. the amplitude of the pulsations is more than halved compared to a similar high pressure pump without the aforementioned cyclic exchange of fuel). According to a preferred embodiment, an overpressure valve 47 is inserted along the supply duct 10 downstream of the low pressure pump 8, which serves to discharge the fuel from the supply duct 10 to the tank 9 when the pressure inside of the supply duct 10 exceeds a predetermined threshold value due to the effect of the return flow of the fuel from the pumping chamber 14. The function of the overpressure valve 47 is to prevent the pressure inside the supply duct 10 from reaching relatively high values that could over time lead to the failure of the low pressure pump 8.

Per riassumere, la pompa 4 di alta pressione sopra descritta presenta numerosi vantaggi, in quanto è di semplice ed economica realizzazione (le modifiche apportare rispetto ad una pompa di alta pressione note sono poche e di facile costruzione), presenta una valvola 33 di massima pressione avente una pressione di lavoro sostanzialmente costante al variare del regime del motore (cioè al variare della portata della pompa 4 di alta pressione), e presenta delle pulsazioni molto attenuate nel condotto 10 di alimentazione. To summarize, the high pressure pump 4 described above has numerous advantages, as it is simple and inexpensive to manufacture (the modifications made with respect to a known high pressure pump are few and easy to build), it has a maximum pressure valve 33 having a substantially constant working pressure as the engine speed varies (ie as the flow rate of the high pressure pump 4 varies), and has very attenuated pulsations in the supply duct 10.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1) Fuel pump (1) for a direct injection system comprising: at least one pumping chamber (14); a piston (15) which is mounted sliding inside the pumping chamber (14) to cyclically change the volume of the pumping chamber (14); a suction channel (17) connected to the pumping chamber (14) and regulated by a suction valve (18); a delivery channel (22) connected to the pumping chamber (14) and regulated by a one-way delivery valve (23) which only allows a flow of fuel out of the pumping chamber (14); and an exhaust channel (32) regulated by a one-way maximum pressure valve (33) which opens when the fuel pressure in the exhaust channel (32) exceeds a threshold value and comprises a shutter (34) movable along the channel (32), a valve seat (35) adapted to be fluid-tightly engaged by the shutter (34), and a spring (36) set to push the shutter (34) towards a sealed engagement position. valve seat (35) fluid; the fuel pump (1) is characterized in that it comprises: a collection chamber (42), which is arranged below the pumping chamber (14) and is crossed by an intermediate portion of the piston (15) which is shaped in such a way as to cyclically vary the volume of the chamber (42) collection as a result of its own alternative movement; and a connection channel (43), which connects the collection chamber (42) to the suction channel (17).

2) Fuel pump (1) according to claim 1, wherein the intermediate portion of the piston (15) which is located inside the collection chamber (42) is shaped like the upper portion of the piston (15) which is located at the 'interior of the pumping chamber (14) in such a way that when the piston (15) moves, the change in volume that occurs in the collection chamber (42) due to the displacement of the piston (15) is equal and opposite to the variation of volume that occurs in the pumping chamber (14) due to the displacement of the piston (15).

3) Fuel pump (1) according to claim 1 or 2, wherein the connecting channel (43) opens at the intake valve (18).

4) Fuel pump (1) according to claim 1, 2 or 3, in which an annular sealing gasket (44) is provided below the collection chamber (42), which is arranged around a lower portion of the piston (15) and has the function of preventing fuel leaks along the side wall of the piston (15).

5) Fuel pump (1) according to one of claims 1 to 4, in which the collection chamber (42) is delimited at the top and laterally by a lower surface of the main body (12) in which the chamber (14) is defined. pumping and is delimited at the bottom by an annular plug (45) which is laterally welded to the main body (12).

6) Fuel pump (1) according to claim 5, wherein the annular plug (45) has a central seat which houses an annular sealing gasket (44).

7) Fuel pump (1) according to claim 5 or 6, in which the spring (26) is compressed between a lower wall of the annular cap (45) and an upper wall of an annular expansion (46) integral with a lower end of the piston (15).

8) Fuel pump (1) according to one of claims 1 to 7, wherein the intake valve (18) comprises a disc (19) having a series of through holes (20) through which the fuel can flow and a plate (21) deformable of circular shape which rests on a base of the disk (19) closing the passage through the holes (20); when the fuel flows towards the pumping chamber (14) the plate (21) deforms moving away from the disc (19) under the thrust of the fuel allowing the passage of the fuel through the holes (20); when the fuel flows from the pumping chamber (14) the plate (21) is pressed against the disc (19) sealing the holes (20) and thus preventing the passage of the fuel through the holes (20).

9) Fuel pump (1) according to claim 8 and comprising an adjustment device (6) which is coupled to the intake valve (18) to allow the intake valve (18) to be kept open during a pumping phase of the piston ( 15) and therefore allowing a flow of fuel leaving the pumping chamber (14) through the intake channel (17); the adjustment device (6) comprises a control rod (27), which is coupled to the plate (21) of the suction valve (18) and is movable between a passive position, in which it allows the plate (21) to engage fluid-tight the disk (19) to seal the holes (20), and an active position, in which it does not allow the lamina to engage the disk (19) in a fluid-tight manner, leaving the holes (20) open.

10) Fuel pump (1) according to one of claims 1 to 9 and comprising a compensation chamber (40), which is arranged along the suction channel (17) and houses at least one compensator body (41) which can be elastically deformed to attenuate the pulsations of the fuel flow.