ITBO980221A1

ITBO980221A1 - FUEL SUPPLY DEVICE TO AT LEAST ONE COMBUSTION CHAMBER OF AN COMBUSTION ENGINE.

Info

Publication number: ITBO980221A1
Application number: IT98BO000221A
Authority: IT
Inventors: Marcello Cristiani; Paolo Pasquali; Massimo Lolli
Original assignee: Magneti Marelli Spa
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-06
Also published as: IT1299956B1; BR9901593A; ITBO980221A0; EP0949416A1

Description

D E S C RIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale of the patent for industrial invention

La presente invenzione è relativa ad un dispositivo di alimentazione del carburante ad almeno una camera di combustione di un motore a scoppio. The present invention relates to a fuel supply device to at least one combustion chamber of an internal combustion engine.

Come è noto, i dispositivi di alimentazione del carburante alle camere di combustione attualmente comprendono un collettore carburante, all'interno quale viene accumulato il carburante che deve essere alimentato alle camere di combustione; uno o più iniettori collegati al collettore carburante, ed atti ad alimentare a comando una quantità determinata di combustibile a ciascuna camera di combustione del citato motore; un serbatoio di accumulo del carburante; ed una unità di pompaggio atta a prelevare il carburante dal serbatoio dì accumulo per alimentarlo ad alta pressione all'interno del citato collettore carburante. As is known, the devices for feeding fuel to the combustion chambers currently comprise a fuel manifold, inside which the fuel to be fed to the combustion chambers is accumulated; one or more injectors connected to the fuel manifold, and adapted to supply on command a determined quantity of fuel to each combustion chamber of the aforementioned engine; a fuel storage tank; and a pumping unit adapted to withdraw the fuel from the storage tank to feed it at high pressure inside the aforementioned fuel manifold.

I dispositivi di alimentazione comprendono inoltre un regolatore di pressione di tipo proporzionale disposto sul collettore carburante per impedire che la pressione del carburante all'interno del collettore carburante superi un valore di soglia determinato, ed un condotto di ricircolo collegante il regolatore di pressione con la mandata dell'unità di pompaggio per convogliare a monte dell'unità di pompaggio stessa il combustibile in eccesso che il regolatore di pressione spilla dal collettore carburante. The fueling devices also comprise a proportional pressure regulator arranged on the fuel manifold to prevent the fuel pressure inside the fuel manifold from exceeding a determined threshold value, and a recirculation duct connecting the pressure regulator with the delivery. of the pumping unit to convey upstream of the pumping unit the excess fuel that the pressure regulator draws from the fuel manifold.

Purtroppo, l'unità di pompaggio si trova normalmente ad una notevole distanza dal collettore carburante, di conseguenza il condotto di ricircolo presenta una lunghezza elevata che lo rende di difficile collocazione all'interno del vano motore. Infatti, essendo percorso da carburante altamente infiammabile, il condotto di ricircolo deve essere disposto in posizione protetta, lontano da fonti di calore o da parti taglienti che possano comprometterne l'integrità strutturale . Unfortunately, the pumping unit is normally located at a considerable distance from the fuel manifold, consequently the recirculation duct has a long length which makes it difficult to place inside the engine compartment. In fact, being crossed by highly flammable fuel, the recirculation duct must be placed in a protected position, away from sources of heat or sharp parts that could compromise its structural integrity.

Un secondo inconveniente dei dispositivi di alimentazione sopra descritti è che l'unità di pompaggio deve fornire alla mandata una pressione tale da garantire sia l'afflusso del carburante al collettore carburante sia il ritorno del carburante stesso attraverso il condotto di ricircolo. A second drawback of the feed devices described above is that the pumping unit must supply the delivery with a pressure such as to ensure both the flow of fuel to the fuel manifold and the return of the fuel itself through the recirculation duct.

Un terzo inconveniente dei dispositivi di alimentazione sopra descritti è che il regolatore di pressione non riesce a smorzare adeguatamente i picchi di pressione che si verificano ciclicamente durante il normale funzionamento delle unità di pompaggio dell'ultima generazione. L'attuale tendenza del mercato è infatti quella di utilizzare come unità di pompaggio delle pompe volumetriche ad alta pressione che forniscono alla mandata una pressione variabile nel tempo con frequenza elevata, mentre la velocità di risposta del regolatore di pressione è notevolmente inferiore . A third drawback of the feeding devices described above is that the pressure regulator is unable to adequately dampen the pressure peaks which occur cyclically during the normal operation of the pumping units of the latest generation. The current market trend is in fact to use high pressure volumetric pumps as pumping units which supply the delivery with a pressure that varies over time with a high frequency, while the response speed of the pressure regulator is considerably lower.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo di alimentazione del carburante esente dagli inconvenienti sopra descritti. The object of the present invention is to provide a fuel supply device free from the drawbacks described above.

Secondo la presente invenzione viene realizzata un dispositivo di alimentazione del carburante ad almeno una camera di combustione di un motore a scoppio; il dispositivo di alimentazione comprendendo un collettore carburante, almeno una unità di pompaggio atta ad alimentare il carburante all'interno del collettore carburante, ed almeno un gruppo iniettore collegato al detto collettore carburante per alimentare a comando una quantità determinata di carburante alla detta camera di combustione; la mandata dell'unità di pompaggio essendo in comunicazione con il collettore carburante, l'aspirazione dell'unità di pompaggio essendo in comunicazione con un serbatoio di accumulo del carburante; il dispositivo di alimentazione essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un condotto di ricircolo collegante, a monte del collettore carburante, la mandata dell'unità di pompaggio con l'aspirazione(7b) dell'unità di pompaggio stessa, e mezzi di regolazione del flusso del combustibile all'interno del condotto di ricircolo; detti mezzi di regolazione essendo atti a regolare la pressione del combustibile in ingresso al collettore carburante. According to the present invention, a fuel supply device is provided to at least one combustion chamber of an internal combustion engine; the feeding device comprising a fuel manifold, at least one pumping unit adapted to feed the fuel inside the fuel manifold, and at least one injector assembly connected to said fuel manifold to supply on command a determined quantity of fuel to said combustion chamber ; the delivery of the pumping unit being in communication with the fuel manifold, the suction of the pumping unit being in communication with a fuel storage tank; the feeding device being characterized in that it comprises a recirculation duct connecting, upstream of the fuel manifold, the delivery of the pumping unit with the suction (7b) of the pumping unit itself, and means for regulating the flow of the fuel inside the recirculation duct; said regulating means being adapted to regulate the pressure of the fuel entering the fuel manifold.

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 illustra in modo schematico un motore a scoppio impiegante un dispositivo di alimentazione del carburante realizzato secondo i dettami della presente invenzione; mentre Figure 1 schematically illustrates an internal combustion engine using a fuel supply device made according to the dictates of the present invention; while

le figure da 2 a 5 illustrano ciascuna l'andamento temporale di una rispettiva grandezze relativa al funzionamento del dispositivo di alimentazione di figura 1. Figures 2 to 5 each illustrate the time course of a respective quantity relating to the operation of the power supply device of Figure 1.

Con riferimento alla figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso un dispositivo di alimentazione del carburante alle camere di combustione 2 di un motore a scoppio 3 di tipo noto. With reference to Figure 1, 1 indicates as a whole a device for supplying fuel to the combustion chambers 2 of an internal combustion engine 3 of a known type.

In particolare, il dispositivo di alimentazione 1 è atto ad alimentare a comando una determinata quantità di carburante all'interno di ciascuna camera di combustione 2 del motore 3. Tale alimentazione può avvenire sia nebulizzando il carburante nei condotti di aspirazione 4 del motore 3 che collegano le camere di combustione 2 con l'ambiente esterno (iniezione indiretta), come illustrato in figura 1, sia nebulizzando il carburante direttamente all'interno di ciascuna camera di combustione 2 del motore 3 (iniezione diretta). In particular, the feeding device 1 is able to feed on command a determined quantity of fuel inside each combustion chamber 2 of the engine 3. This feeding can take place either by nebulizing the fuel in the intake ducts 4 of the engine 3 which connect the combustion chambers 2 with the external environment (indirect injection), as illustrated in Figure 1, and by nebulizing the fuel directly inside each combustion chamber 2 of the engine 3 (direct injection).

Il dispositivo di alimentazione 1 comprende un collettore carburante 5 all'interno del quale viene accumulato il carburante prima di essere alimentato alle camere di combustione 2; un serbatoio 6 di accumulo del carburante, all'interno del quale viene immagazzinato il carburante necessario al funzionamento del motore 3; ed una unità di pompaggio 7 atta ad alimentare all'interno del collettore carburante 5 il carburante con una pressione preferibilmente, ma non necessariamente, compresa tra 40 e 120 bar. Nell'esempio illustrato, l'unità di pompaggio 7 è una pompa meccanica di tipo volumetrico che fornisce alla mandata 7a un flusso di carburante con una pressione variabile ciclicamente tra un valore minimo ed un valore massimo. The feeding device 1 comprises a fuel manifold 5 inside which the fuel is accumulated before being fed to the combustion chambers 2; a fuel storage tank 6, inside which the fuel necessary for the operation of the engine 3 is stored; and a pumping unit 7 adapted to feed the fuel inside the fuel manifold 5 with a pressure preferably, but not necessarily, of between 40 and 120 bar. In the illustrated example, the pumping unit 7 is a volumetric mechanical pump which supplies the delivery 7a with a flow of fuel with a pressure that cyclically varies between a minimum and a maximum value.

Il dispositivo di alimentazione 1 comprende inoltre uno o più iniettori 8 di tipo noto interposti tra il collettore carburante 5 ed il motore 3 per alimentare a comando una quantità determinata di carburante contenuto nel collettore carburante 5 all'interno delle camere di combustione 2 del motore 3; ed una unità di pilotaggio degli iniettori atta a comandare l'apertura e chiusura degli iniettori 8 in funzione delle condizioni di funzionamento del motore 3. Nell'esempio illustrato, in particolare, il numero di iniettori 8 è uguale al numero di camere di combustione 2 presenti nel motore 3, e l'unità di pilotaggio degli iniettori è integrata nella centralina di controllo 9 del motore 3, a cui è delegata la gestione complessiva del motore 3. The feeding device 1 also comprises one or more injectors 8 of a known type interposed between the fuel manifold 5 and the engine 3 to supply on command a determined quantity of fuel contained in the fuel manifold 5 inside the combustion chambers 2 of the engine 3 ; and an injector piloting unit adapted to control the opening and closing of the injectors 8 as a function of the operating conditions of the engine 3. In the example illustrated, in particular, the number of injectors 8 is equal to the number of combustion chambers 2 present in the engine 3, and the injector piloting unit is integrated in the control unit 9 of the engine 3, to which the overall management of the engine 3 is delegated.

Il dispositivo di alimentazione 1 comprende infine un circuito di ricircolo 10 collegante, a monte del collettore carburante 5, la mandata 7a dell'unità di pompaggio 7 con l'aspirazione 7b dell'unità di pompaggio 7 stessa, ed un dispositivo di controllo 11 del flusso di carburante lungo il condotto di ricircolo 10. Tale dispositivo di controllo, regolando il flusso di carburante lungo il condotto di ricircolo 10, è in grado di controllare la pressione del carburante all'interno del collettore carburante 5. Ovviamente, il condotto di ricircolo 10 può collegare la mandata 7a e l'aspirazione 7b dell'unità di pompaggio 7 anche indirettamente, mettendo in comunicazione per esempio la mandata 7a dell'unità di pompaggio 7 con il serbatoio 6 che è, a sua volta, collegato con l'aspirazione 7b dell'unità di pompaggio 7 stessa. The feeding device 1 finally comprises a recirculation circuit 10 connecting, upstream of the fuel manifold 5, the delivery 7a of the pumping unit 7 with the intake 7b of the pumping unit 7 itself, and a control device 11 of the fuel flow along the recirculation duct 10. This control device, by regulating the fuel flow along the recirculation duct 10, is able to control the fuel pressure inside the fuel manifold 5. Obviously, the recirculation duct 10 can connect the delivery 7a and the suction 7b of the pumping unit 7 also indirectly, for example by putting the delivery 7a of the pumping unit 7 in communication with the tank 6 which is, in turn, connected to the suction 7b of the pumping unit 7 itself.

Il dispositivo di controllo 11 comprende una elettrovalvola 12 ad apertura e chiusura comandata disposta lungo il condotto di ricircolo 10, ed una unità di pilotaggio dell'elettrovalvola atta a comandare l'apertura e chiusura dell'elettrovalvola 12 stessa in funzione della pressione del carburante in corrispondenza della mandata 7a dell'unità di pompaggio 7, ed all'interno del collettore carburante 5. Nell'esempio illustrato, l'unità di pilotaggio dell' elettrovalvola 12 è integrata nella centralina di controllo 9 del motore 3 e può eventualmente essere provvista di un sensore di pressione (non illustrato) per rilevare la pressione del carburante in corrispondenza della mandata 7a dell'unità di pompaggio 7; mentre l'elettrovalvola 12 è costituita da un iniettore 12 di tipo noto disposto con il proprio ugello nebulizzatore 12a rivolto verso la mandata 7a dell'unità di pompaggio 7, e con il proprio otturatore 12b rivolto verso l'aspirazione 7b dell'unità di pompaggio 7 stessa. The control device 11 comprises a solenoid valve 12 with commanded opening and closing arranged along the recirculation duct 10, and a solenoid valve piloting unit suitable for controlling the opening and closing of the solenoid valve 12 itself according to the pressure of the fuel in correspondence with the delivery 7a of the pumping unit 7, and inside the fuel manifold 5. In the example illustrated, the piloting unit of the solenoid valve 12 is integrated in the control unit 9 of the engine 3 and can possibly be provided with a pressure sensor (not shown) for detecting the fuel pressure at the delivery 7a of the pumping unit 7; while the solenoid valve 12 consists of an injector 12 of a known type arranged with its nebulizer nozzle 12a facing the delivery 7a of the pumping unit 7, and with its shutter 12b facing the suction 7b of the pumping unit 7 itself.

Nell'esempio illustrato in figura 1, il dispositivo di alimentazione 1 comprende anche una pompa di pescaggio 13 interposta tra il serbatoio 6 e l'unità di pompaggio 7. Tale pompa di pescaggio 13 ha lo scopo di alimentare il carburante all'unità di pompaggio 7, non essendo quest'ultima in grado di aspirare il carburante direttamente dal serbatoio 6. In the example illustrated in Figure 1, the feeding device 1 also comprises a suction pump 13 interposed between the tank 6 and the pumping unit 7. This suction pump 13 has the purpose of feeding the fuel to the pumping unit 7, since the latter is not able to suck fuel directly from the tank 6.

Il funzionamento del dispositivo 1 verrà ora descritto facendo riferimento al caso in cui l'unità di pompaggio 7 sia una pompa meccanica di tipo volumetrico che fornisce alla mandata un pressione con l'andamento sinusoidale illustrato in figura 2, ovvero tre mandate ogni due giri del motore. Si assume inoltre che la citata pompa meccanica, indicata di seguito con il numero 7, sia azionata direttamente dal motore 3, di conseguenza l'unità di pilotaggio dell'elettrovalvola, ovvero la centralina di controllo 9, è in grado di risalire all'andamento temporale della pressione del carburante alla mandata la conoscendo la posizione dell'albero del motore 3. Ovviamente, in questo caso il sensore di pressione per rilevare la pressione alla mandata 7a della pompa 7 non è necessario. The operation of the device 1 will now be described with reference to the case in which the pumping unit 7 is a mechanical volumetric pump which supplies the delivery with a pressure with the sinusoidal trend illustrated in figure 2, i.e. three deliveries every two revolutions of the motor. It is also assumed that the aforementioned mechanical pump, indicated below with the number 7, is driven directly by the motor 3, consequently the piloting unit of the solenoid valve, or the control unit 9, is able to trace the trend time of the fuel pressure at the delivery, knowing the position of the shaft of the engine 3. Obviously, in this case the pressure sensor to detect the pressure at the delivery 7a of the pump 7 is not necessary.

In uso, quando il motore 3 è in funzione, l'unità di pilotaggio dell'elettrovalvola, ovvero la centralina di controllo 9, sincronizza l'apertura e chiusura dell'iniettore 12 con l'andamento temporale della pressione in uscita dalla pompa 7, in modo tale da attenuare la propagazione dei picchi di pressione all'interno del collettore carburante 5. Nella fattispecie l'unità di pilotaggio dell'elettrovalvola, ovvero la centralina di controllo 9, mette in comunicazione mandata la ed aspirazione 7b della pompa 7 quando la pressione del carburante alla mandata la è in corrispondenza del suo valore massimo, in modo tale da scaricare il picco di pressione a monte della pompa 7 ed ottenere all'interno del collettore carburante 5 l'andamento temporale della pressione illustrato in figura 4. In use, when the motor 3 is running, the piloting unit of the solenoid valve, that is the control unit 9, synchronizes the opening and closing of the injector 12 with the temporal trend of the pressure at the outlet of the pump 7, in such a way as to attenuate the propagation of pressure peaks inside the fuel manifold 5. In this case, the piloting unit of the solenoid valve, that is the control unit 9, connects delivery la and suction 7b of pump 7 when the fuel pressure at delivery la is in correspondence with its maximum value, in such a way as to discharge the pressure peak upstream of the pump 7 and obtain inside the fuel manifold 5 the temporal trend of the pressure illustrated in figure 4.

In particolare, l'unità di pilotaggio dell' elettrovalvola, ovvero la centralina di controllo 9, apre l'iniettore 12 in corrispondenza di ciascun valore massimo di pressione per un intervallo temporale Ta di ampiezza determinata. Come indicato in figura 3, dove è illustrato l'andamento della corrente di comando dell'iniettore 12 in funzione del tempo, l'intervallo temporale Ta è preferibilmente, ma non necessariamente, centrato sull'istante in cui la pressione assume il suo valore massimo, e la sua ampiezza è variata dall'unità di pilotaggio dell'elettrovalvola, ovvero la centralina di controllo 9, in funzione della pressione che si vuole mantenere nel collettore carburante 5 e/o di altri parametri di funzionamento del motore 3. L'andamento della pressione inedia del carburante all'interno collettore carburante 5 in funzione dell'ampiezza dell'intervallo temporale Ta è illustrato in figura 5. In particular, the driving unit of the solenoid valve, that is the control unit 9, opens the injector 12 at each maximum pressure value for a time interval Ta of determined amplitude. As indicated in Figure 3, where the trend of the control current of the injector 12 is shown as a function of time, the time interval Ta is preferably, but not necessarily, centered on the instant in which the pressure assumes its maximum value. , and its amplitude is varied by the control unit of the solenoid valve, that is the control unit 9, according to the pressure to be maintained in the fuel manifold 5 and / or other operating parameters of the engine 3. The trend of the fuel pressure in the fuel manifold 5 as a function of the length of the time interval Ta is illustrated in Figure 5.

Il dispositivo di alimentazione 1 ha il notevole vantaggio di ridurre sensibilmente la lunghezza del condotto di ricircolo 10, rendendone più agevole il posizionamento all'interno del vano motore. La riduzione della lunghezza del condotto di ricircolo 10 riduce inoltre i costi complessivi di fabbricazione del dispositivo di alimentazione 1. The feeding device 1 has the considerable advantage of significantly reducing the length of the recirculation duct 10, making it easier to position it inside the engine compartment. The reduction of the length of the recirculation duct 10 also reduces the overall manufacturing costs of the feeding device 1.

Un ulteriore vantaggio del dispositivo di alimentazione 1 è che esso permette una più accurata regolazione della pressione del combustibile all'interno del collettore carburante 5, migliorando sensibilmente la nebulizzazione del carburante all'interno della camera di combustione 2 o dei condotti di aspirazione 4. A further advantage of the feeding device 1 is that it allows a more accurate regulation of the fuel pressure inside the fuel manifold 5, significantly improving the atomization of the fuel inside the combustion chamber 2 or the intake ducts 4.

Risulta infine chiaro che al dispositivo di alimentazione 1 qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the power supply device 1 described and illustrated here without thereby departing from the scope of the present invention.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Fuel supply device (1) to at least one combustion chamber (2) of an internal combustion engine (3); the feeding device comprising a fuel manifold (5), at least one pumping unit (7) adapted to feed the fuel inside the fuel manifold (5), and at least one injector assembly (8) connected to said fuel manifold (5) ) to supply on command a determined quantity of fuel to said combustion chamber (2); the delivery (7a) of the pumping unit (7) being in communication with the fuel manifold (5), the suction (7b) of the pumping unit (7) being in communication with a storage tank (6) of the fuel; the feeding device being characterized in that it comprises a recirculation duct (10) connecting, upstream of the fuel manifold (5), the delivery (7a) of the pumping unit (7) with the suction (7b) of the pumping unit (7) itself, and means (11) for adjusting the flow of the fuel inside the recirculation duct; said adjustment means (11) being adapted to adjust the pressure of the fuel entering the fuel manifold (5).

2. Device according to claim 1, characterized in that said adjustment means (11) comprise a valve (12) with controlled opening and closing, selectively adapted to allow the passage of fuel along said recirculation duct (10), and control means (9) of said valve.

3. Device according to claim 2, characterized in that said valve (12) with commanded opening and closing is a solenoid valve (12) with commanded opening and closing.

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that the said pumping unit (7) is a volumetric pumping unit which supplies the delivery (7a) with a flow of fuel having a pressure with a time course which fluctuates between a maximum value and a minimum value, and said control means (9) comprise piloting means (9) for opening and closing said valve (12) and synchronizing means (9) for synchronizing the activation of said piloting means (9) with the temporal trend of the pressure.

5. Device according to claim 4, characterized in that said synchronization means (9) are adapted to activate said pilot means (9) in such a way as to keep said valve ( 12) at each maximum pressure value; said time interval (Ta) including the instant in which the pressure reaches its maximum value.

6. Device according to claim 5, characterized in that said synchronization means (9) are adapted to vary the width of said time interval (Ta) as a function of the flow rate of the pumping unit (7) and of the speed of the engine (3).

7. Device according to any one of claims 3 to 6, characterized in that said valve (12) with controlled opening and closing is an injector (12).

8. Device according to claim 7, characterized in that said injector (12) is arranged along said recirculation duct (10) in such a way as to have its nebulizing end (12a) facing the delivery (7a) of said unit pumping (7).