ITBO20120303A1 - Sistema per l'alimentazione di un motore a combustione interna - Google Patents

Description

SISTEMA PER L’ALIMENTAZIONE DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

È noto che un motore diesel comprende una serie di iniettori, associati a corrispondenti cilindri, atti ad iniettare gasolio all’interno di questi ultimi.

Nei motori diesel di ultima generazione vengono utilizzati elettroiniettori, comandati e controllati da una centralina elettronica; quest’ultima, in funzione di vari parametri (quali, ad esempio, il numero dei giri del motore, temperatura e pressione del gasolio, temperatura del liquido di raffreddamento del radiatore, posizione del pedale dell’acceleratore, ecc.), impone l’introduzione di una quantità prefissata di gasolio all’interno dei cilindri.

Sono noti motori a doppia alimentazione (vedasi WO 2010/139572, US 2003/0187565), noti come “dual fuel†nei quali i cilindri di un motore diesel vengono alimentati o con solo gasolio o, in alternativa, con una miscela di gasolio e gas.

La doppia alimentazione attuata con elettroiniettori comporta interventi sul software della centralina, alla quale à ̈ necessario inviare opportuni segnali elettrici per “mascherare†la riduzione di gasolio iniettato, con tale riduzione compensata dall’introduzione del gas carburante gassoso nei cilindri.

La prerogativa dell’invenzione à ̈ quella di proporre un sistema per l’alimentazione di un motore, strutturato originariamente in modo da funzionare in accordo con il ciclo Diesel, che possa essere alimentato indifferentemente o con un combustibile con accensione per compressione (ciclo Diesel), o con un gas la cui accensione à ̈

 

provocata dall’arco elettrico di una candela (ciclo Otto).

Un’altra prerogativa dell’invenzione à ̈ quella di fornire un sistema che consenta, in maniera certa ed affidabile, la commutazione tra le due tipologie di alimentazione, ad esempio la prima mediante gasolio e la seconda mediante metano o gas di petrolio liquefatto (GPL).

Tali prerogative vengono ottenute in accordo con il contenuto delle rivendicazioni. Le caratteristiche dell’invenzione sono evidenziate nel seguito con riferimento alle allegate tavole di disegno nelle quali:

- la fig.1 illustra un possibile schema del sistema proposto;

- la fig.2 illustra, in dettaglio e in sezione, il particolare K di fig.1;

- le figg.3A, 3B illustrano i particolari X e Y di fig. 2 relativi rispettivamente all’avviamento del motore funzionante secondo il ciclo Diesel e al funzionamento del motore medesimo funzionante secondo il ciclo Otto.

Con riferimento alle figure, con 100 à ̈ stato indicato un primo impianto di alimentazione di un motore diesel di ultima generazione, di tipo noto, utilizzante il sistema cosiddetto “common rail†.

A tale proposito con 1 à ̈ stato indicato il serbatoio del gasolio in cui pesca una prima conduttura 2 (indicata con tratto continuo ingrossato) che sfocia in una camera di distribuzione 50, nota come “rail†.

A partire dal serbatoio 1, nella conduttura 2 sono previsti, in maniera di per sé nota: un filtro 3; una pompa di alimentazione P1; un regolatore di portata 4; e una pompa ad alta pressione P2.

Dal condotto 50 si diparte, previa interposizione di un limitatore di pressione 7, una seconda conduttura 8 che sfocia nel serbatoio 1.

Il “rail†50 alimenta una serie di elettroiniettori 9, nel seguito indicati brevemente

 

come iniettori; nel disegno allegato à ̈ rappresentato (per semplicità) un solo iniettore, ma resta inteso che gli iniettori alimentati sono la totalità di quelli previsti nel motore M, con quest’ultimo illustrato in maniera schematica.

È noto che un iniettore à ̈ provvisto di un canale di scarico 9A che convoglia all’esterno del cilindro il gasolio non iniettato all’interno di quest’ultimo; tale canale à ̈ collegato alla seconda conduttura 8.

Nella testata di ogni cilindro del motore M Ã ̈ inserito un dispositivo elettrico 10 in cui sono ravvisabili due configurazioni.

In una prima configurazione il dispositivo 10 funziona come una candeletta che, come noto, viene attivata all’avviamento del motore (ad esempio in leggero anticipo rispetto a tale avviamento) per un tempo prefissato (ad esempio alcuni secondi) allo scopo di favorire l’accensione del motore medesimo.

Nella seconda configurazione il dispositivo 10 funziona come la ben nota “candela†di accensione utilizzata nei motori funzionanti secondo il ciclo Otto: la conformazione di tale dispositivo verrà evidenziata nel seguito.

L’impianto 100 à ̈ gestito, e controllato, da una prima centralina 150 che si avvale di una serie di dispositivi e di sensori, funzionalmente collegati alla stessa, nel seguito evidenziati.

Il regolatore di portata 4 Ã ̈ costituito, ad esempio, da una elettrovalvola, collegata alla centralina, che consente, o intercetta, il flusso di gasolio verso la seconda pompa P2.

Un sensore 11, posto a monte di quest’ultima pompa, rileva la temperatura del gasolio; sono previsti ulteriori sensori 12, 13 per misurare rispettivamente la pressione del gasolio nel “rail†50 e la velocità dell’albero motore del motore M. I suddetti sensori 11, 12, 13, così come il limitatore di pressione 7 sono collegati

 

alla centralina 150; quest’ultima, inoltre, comanda l’elettroiniettore 9 e impone la configurazione del dispositivo 10 definente la citata candeletta: vedasi fig.3A. Alla centralina 150 pervengono le informazioni fornite da altri sensori S1, S2, … Sn, che rilevano, ad esempio, la posizione del pedale dell’acceleratore, la pressione esercitata su quest’ultimo, la temperatura del fluido di raffreddamento del radiatore, ecc.

In fig.1 con 200 Ã ̈ stato indicato un secondo impianto per alimentare con gas (ad esempio gas di petrolio liquefatti, noto come GPL, metano, ecc) i cilindri del citato motore M.

Tale impianto 200 comprende un secondo serbatoio 70 contenente il citato gas allo stato liquido, che, in maniera nota, alimenta un vaporizzatore 80; quest’ultimo, mediante una canalizzazione di alimentazione 210, alimenta iniettori di gas 85 inseriti nel collettore C del motore M, cioà ̈ il collettore che alimenta le valvole di aspirazione dei cilindri di quest’ultimo.

L’impianto 200 prevede una seconda centralina 250 a cui pervengono i parametri relativi al secondo serbatoio 70 (ad esempio pressione, grado di riempimento, temperatura); la seconda centralina à ̈ in grado di intervenire su mezzi e/o dispositivi del primo impianto 100, più precisamente il citato regolatore di portata 4 e il regolatore di pressione 7; inoltre alla stessa centralina perviene, mediante il sensore 12, la misura della pressione all’interno del “rail†50.

La seconda centralina 250 controlla e comanda altresì il citato evaporatore 80 e un generatore di impulsi di tensione 90 destinato ad alimentare la seconda configurazione del dispositivo 10, cioà ̈ la configurazione funzionante come una candela elettrica di accensione.

Il dispositivo 10 (vedasi fig. 2) comprende una sorta di ampolla rovesciata 95,

 

costituita da materiale conduttore, all’interno della quale, in prossimità della testata 95A, à ̈ posta una resistenza elettrica 96 che, mediante conduttori 96A, à ̈ comandata dalla prima centralina 150.

Se la resistenza 96 viene alimentata, il calore da essa prodotto viene trasmesso alle pareti della testata 95A dell’ampolla e da questa irradiato verso l’esterno: vedasi le frecce I di fig.3A.

L’ampolla 95 à ̈ avvolta in aderenza da un manicotto isolante 97 a sua volta avvolto in aderenza da un elettrodo tubolare conduttore 98 (es.: metallico); le porzioni di detti manicotto 97 ed elettrodo 98 adiacenti alla testata 95A dell’ampolla risultano “tagliate†secondo un piano obliquo in modo da individuare nell’elettrodo 98 un’estremità appuntita 98A; come si evince dalla figura tale estremità appuntita si protende oltre la corrispondente estremità del manicotto 97: viene in tal modo a crearsi, tra l’estremità appuntita e la testata 95A dell’ampolla una zona libera Z. L’ampolla 95 e l’elettrodo 98 sono collegati, mediante conduttori 99A, 99B, al generatore di impulsi 90, con quest’ultimo, come già evidenziato, controllato e gestito dalla seconda centralina 250.

L’elettrodo 98 à ̈ avvolto in aderenza, nella sua parte centrale-inferiore, da un secondo manicotto isolante 102 che, a sua volta, à ̈ avvolto in aderenza da un elemento di protezione 103, di forma tubolare. Detto secondo manicotto 102 isola l’elettrodo 98 nella parte in cui lo stesso attraversa la testata del relativo cilindro. Tale elemento di protezione viene accoppiato a tenuta, in maniera di per sé nota, nella sede nella quale originariamente viene inserita la candeletta di preriscaldamento.

Nel caso in cui il generatore 90 risulti attivato (il che, come verrà evidenziato nel seguito, presuppone la disattivazione della resistenza 96), viene a generarsi, tra la

 

punta 98A e la testata 95A della cupola 95, più precisamente nel citato spazio Z, un arco S (vedasi fig.3B) la cui funzione verrà chiarita nel seguito.

Si descrive il funzionamento del sistema proposto.

Si suppone inizialmente il motore M fermo, e di avviarlo con l’alimentazione a gasolio, cioà ̈ mediante l’impianto 100.

Ne consegue che, mediante la seconda centralina 250, risultano disattivati il vaporizzatore 80, il generatore di impulsi 90 e gli iniettori a gas 85.

La prima centralina 150, all’atto dell’avviamento del motore M con l’alimentazione a gasolio, provvede ad alimentare, per un tempo predeterminato, la resistenza elettrica 96 del dispositivo 10 (fig.3A).

Il funzionamento dell’impianto 100, controllato e gestito dalla prima centralina 150, à ̈ di per sé noto.

La commutazione dell’alimentazione del motore da gasolio a gas, à ̈ imposta dalla seconda centralina 250 la quale, in idonea relazione di fase, provvede:

- a disattivare il regolatore di pressione 7 in modo che lo stesso si comporti come un condotto aperto;

- ad attivare il vaporizzatore 80, il generatore di impulsi 90 e gli iniettori a gas 85. La disattivazione del regolatore di pressione 7 provoca una forte diminuzione di pressione nella camera (rail) 50 che scende ad un valore inferiore a quello che assicura il funzionamento degli elettroiniettori 10; tale situazione, rilevata dal sensore 12 collegato alla prima centralina 150, provoca l’intervento di quest’ultima sugli elettroiniettori 9 che non vengono attivati.

Viene in tal modo a crearsi nell’impianto 100, in particolare nella prima conduttura 2, nella camera (rail) 50, e nella seconda conduttura 8, un flusso continuo di gasolio la cui portata à ̈ regolata dal limitatore di portata 4 che, nella presente

 

situazione, à ̈ controllato dalla seconda centralina 250; le pompe P1, P2funzionano con una portata limitata, praticamente “a vuoto†ma in ambiente umido, in quanto interessate dal gasolio.

L’attivazione del vaporizzatore 80 fornisce vapore in pressione agli iniettori a gas 85 che, controllati e gestiti dalla seconda centralina 250, iniettano gas nel collettore C dei cilindri e da questo, mediante le valvole di aspirazione dei cilindri medesimi, tale gas alimenta i cilindri medesimi.

L’attivazione del generatore 90 consente di inviare ai conduttori 99A, 99B impulsi di tensione che provocano la generazione di archi S (fig. 3B) tra la punta dell’elettrodo 98 e la testata 95A della cupola 95; in tale situazione il dispositivo 10 funziona come una candela di accensione.

Nella situazione appena considerata nei cilindri del motore M vengono a definirsi le fasi di un ciclo ad accensione, cioà ̈ il ciclo Otto.

La commutazione dall’alimentazione a gas a quella a gasolio, comporta l’intervento della seconda centralina 250 che provvede, in idonea relazione di fase, a disattivare il vaporizzatore 80, il generatore 90 e gli iniettori a gas 85, e a riportare il limitatore di pressione 7 alle sue originarie funzioni, cioà ̈ quella di limitare la pressione all’interno della camera 50.

L’incremento di pressione in quest’ultima viene rilevato dalla prima centralina 150 (mediante il sensore 12), che provvede ad attivare nuovamente gli elettroiniettori 9: ciò determina, nei cilindri del motore, la realizzazione di un ciclo con accensione per compressione, cioà ̈ il ciclo Diesel.

Nel caso in cui si desideri l’avviamento del motore M mediante l’alimentazione a gas, à ̈ necessario attivare nell’ordine la seconda centralina 250 e successivamente la prima centralina 150; vengono riproposte le condizioni sopra

 

esaminate con un ulteriore aspetto tecnico-funzionale.

Infatti la prima centralina 150, informata dal sensore 12 del valore basso di pressione nella camera 50, oltre a non attivare gli elettroiniettori 9 non interviene ad alimentare la resistenza R.

In definitiva il sistema proposto consente di alimentare il motore M mediante un combustibile ad accensione per compressione (ad esempio, e preferibilmente, gasolio) o mediante un combustibile ad accensione comandata (ad esempio metano, gas di petrolio liquefatti noti come GPL, ecc.), e di commutare l’una con l’altra alimentazione in maniera semplice e rapida.

Quanto sopra comporta l’utilizzazione di mezzi per l’accensione comandata, esplicanti la funzione delle candele di accensione, che nel presente caso sono previsti nel dispositivo 10 esplicante anche la funzione di candeletta di preriscaldamento utilizzata nell’avviamento dei motori a ciclo Diesel.

In definitiva ad un motore predisposto per funzionare secondo il ciclo Diesel, quindi provvisto dell’impianto originale 100, si associa l’impianto di alimentazione a gas 200 che sfrutta alcuni sensori dell’impianto originale (ad esempio i sensori 12, 13) ed interviene su mezzi e/o dispositivi del medesimo impianto originale (ad esempio il limitativo di pressione 7, il regolatore di portata 4).

È necessario sostituire la candeletta originaria con il dispositivo 10 conformato in modo da impegnare la medesima sede con cui si impegnava la candeletta originaria.

Si intende che quanto sopra à ̈ stato descritto a titolo esemplificativo, per cui eventuali varianti di natura pratico-applicativa si intendono rientranti nell’ambito protettivo dell’invenzione come nel seguito rivendicata.

 

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema per l’alimentazione di un motore a combustione interna, comprendente: - un primo serbatoio 1 contenente carburante utilizzabile per realizzare un ciclo Diesel; - una prima conduttura 2 di alimentazione carburante che pesca in detto serbatoio 1 e sfocia in una camera di distribuzione 50 che alimenta elettroiniettori 9 associati ai cilindri di detto motore M, in detta conduttura 2 essendo previsti mezzi P1, P2per alimentare con pressione detto carburante a detta camera, e mezzi 4 per la regolazione della portata di carburante attraversante la conduttura medesima; - una seconda conduttura 8 di ricircolo carburante originantesi da un limitatore di pressione 7 associato a detta camera di distribuzione 50 e sfociante in detto serbatoio, a detta seconda conduttura essendo collegati i canali di scarico 9A di detti elettroiniettori 9; - una prima centralina 150 a cui risultano collegati almeno i sensori 11, 12, 13 di rilevazione della temperatura del carburante interessante detta prima conduttura 2, della pressione del gasolio in detta camera 50 e della velocità dell’albero motore M, con detta prima centralina preposta a controllare e gestire almeno i citati elettroiniettori 9 e i citati regolatore di portata 4 e limitatore di pressione 7, e primi mezzi elettrici destinati a preriscaldare, all’atto dell’avviamento del motore M e per un tempo prefissato, la porzione dei cilindri interessata da detti elettroiniettori; caratterizzato dal fatto di prevedere: - un secondo serbatoio 70 contente carburante allo stato liquido; - un vaporizzatore 80, alimentato dal secondo serbatoio, per fornire quest’ultimo   carburante, in forma gassosa, ad iniettori a gas 85, a comando elettrico, sfocianti nel collettore di aspirazione C dei cilindri detto motore M; - un generatore di impulsi di tensione 90 con tale collegamento attuato in relazione di fase con la disalimentazione di detti mezzi riscaldanti 96 attuata da detta prima centralina 150; - secondi mezzi elettrici, disposti nei cilindri del motore in corrispondenza delle relative testate e destinati, se alimentati da detto generatore 90, a creare archi elettrici S; - una seconda centralina 250 a cui risultano collegati almeno i citati sensori 12, 13 di rilevazione della pressione di detta camera 50 e del numero di giri del motore M, destinata ad intervenire, in idonea relazione di fase, su detti regolatore di portata 4 e limitatore di pressione 7 per disattivare i citati elettroiniettori 9, e a controllare e gestire detti vaporizzatore 80, iniettori a gas 85, generatore di impulsi di tensione 90, e secondi mezzi elettrici, per realizzare l’alimentazione dei cilindri di detto motore M mediante il citato carburante in forma gassosa a definire un ciclo Otto.
2. 2) Sistema secondo la riv. 1, caratterizzato dal fatto che detti primi e secondi mezzi elettrici sono previsti in un dispositivo 10 disposto all’interno della testata di un relativo cilindro, con tale dispositivo comprendente: - un’ampolla 95, costituita da materiale conduttore, all’interno della quale sono collocati, in prossimità della relativa testata 95A, mezzi riscaldanti 96 collegabili alla citata prima centralina 150; - un primo manicotto isolante 97 avvolgente in aderenza detta ampolla 95; - un elettrodo tubolare cilindrico 98 avvolgente in aderenza detto primo manicotto isolante 97, la cui porzione adiacente alla testata 95A di detta ampolla conforma   un’estremità appuntita 98A sviluppantesi oltre la corrispondente estremità di detto primo manicotto isolante 97; - mezzi 99A, 99B per il collegamento elettrico di detti ampolla 95 ed elettrodo 98 a detto generatore di impulsi di tensione 90; - un secondo manicotto isolante 102 avvolgente in aderenza almeno la porzione di detto elettrodo 90 attraversante la testata del relativo cilindro.
3. 3) Sistema secondo la riv. 2, caratterizzato dal fatto di prevedere un elemento tubolare di protezione 103 che avvolge in aderenza il citato secondo manicotto isolante 102.