ITFE20060039A1 - ELECTRONIC GEAR REDUCER / VAPORIZER FOR SEQUENTIAL ELECTRONIC INJECTION SYSTEMS SET FOR LPG IN ENDOTHERMAL ENGINES WITH CONTROLLED IGNITION - Google Patents
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Descrizione di un irn pianto a gas ad iniezione elettronica Description of a gas engine with electronic injection
Si vuole innanzitutto dare una descrizione, sintetica ma globale, delle caratteristiche principali e del funzionamento di un isodemo impianto per l' iniezione elettronica sequenziale rasata di GEI*in fase gassosa in un soie re ad accensione comandata. First of all, we want to give a brief but global description of the main characteristics and operation of an isodemo system for the sequential electronic injection of GEI * in the gaseous phase in a controlled ignition soie r.
Il combustibile The fuel
Il GEL (Gas di Petrolio Liquefatti) e una miscela di gas composta essenzialmente da Propano (C3HS)e-Butano (€*!1⁄2 },-in proporzioni leggermente- variabili a seconda della stagione, 11 Propano, piò volatile, è sempre pressate in percentuale maggiore (circa 76-60% dei total.©) rispetto ài Butano#la cui quantità viene aumentata in estate proprio in virtù della sua minore volatilità. GEL (Liquefied Petroleum Gas) and a gas mixture essentially composed of Propane (C3HS) and Butane (€ *! 1⁄2}, - in slightly variable proportions depending on the season, 11 Propane, more volatile, is always pressed in a higher percentage (about 76-60% of the total. ©) than Butane # whose quantity is increased in summer precisely because of its lower volatility.
La miscela di gas cosi composta dà luogo ad un combustibile, il GEL appunto-, che in condizioni ambiente (Pressione di 1 bar circa e Temperatura di 26 ;*C circa) è anch*esso in fase gassosa, έ sufficiente però οοΕψχίmerlo di pochi bar per ottenerne la liquefazione. The gas mixture thus composed gives rise to a fuel, the GEL precisely, which in ambient conditions (pressure of about 1 bar and temperature of about 26; * C) is also in the gaseous phase, but it is sufficient, however, to use a few bar to obtain liquefaction.
Negli impianti autogas, il SPI*è stivato all'interno del serbatoio in fase liquida ad una pressione che è-mediamente In autogas systems, the SPI * is stowed inside the tank in the liquid phase at a pressure that is on average
I! richiedente THE! applicant
intorno ai 4/6 bar. Téle valore varia anche in finizione del. livello dì riempimento del serbatoio. around 4/6 bar. Téle value also varies in the finishing of the. fill level of the tank.
Un moderno impianto per 1'.alimentazione di motori ad accensione comandata delle ultime generazioni, dotati,cioè: di gestione elettronica dell*iniezione di combustibile e convertitore catalitico, è sostanzialmente composto da: A modern system for powering the latest generation spark ignition engines, equipped with: electronic fuel injection management and catalytic converter, is essentially composed of:
Ξt*rìriritO3..Ο Ξt * rìriritO3..Ο
Ridu11ø re/vapori zzabore Reduce / zzabore vapors
Iniettori elettronici e Rail Electronic injectors and Rail
Centralina elettronica Electronic control unit
Tali componenti possono essere ritorniti essenziali in quanto caratterizzano il tipo dì impianto, che è completato da accessori di impiego più generico quali elettrovalvole, sensori ed elementi vari di collegamento e .fissaggio. These components can be considered essential since they characterize the type of system, which is completed by accessories of more general use such as solenoid valves, sensors and various connecting and fixing elements.
Serbatoio Reservoir
È realizzato in acciaio ed ha, in genere, forma cilindrica o toroidale*Ha lo scopo di consentire lo stoccaggio del, GPL in fase liquida, quindi in pressione {-4/6 bar}, ed è dotato di dispositivi per il controllo e la gestione della quantità di gas presente nel serbatoio {sensore di livello, It is made of steel and generally has a cylindrical or toroidal shape. management of the quantity of gas present in the tank {level sensor,
richiedente: τ. 5 limitatore di carico all'801 dei volume} è sistemi -«11. sicul'ernia, quali il termo-fusibile e la valvola di sovrapressione che impediscono lo scoppio in caso di incendio ©eccessivo aumento della pressione. applicant: τ. 5 load limiter at 801 of the volume} è systems - «11. sicul'ernia, such as the thermo-fuse and the overpressure valve which prevent the bursting in case of fire © excessive pressure increase.
Il nduttore/vaporizzatore The nducer / vaporizer
Questo componente si trova subito a valle del serbatoio ed ha lo scopo di adattare le condizioni chimico-fisiche del gas prelevata dal serbatoio a quelle necessarie per I'alimentazione dèi motóre. This component is located immediately downstream of the tank and has the purpose of adapting the chemical-physical conditions of the gas taken from the tank to those necessary for powering the engine.
Il gas che perviene al riduttore/vaporizzatore è in fase liquida ed è in pressione, pertanto easo ha fondamentalmente due funzioni, quella di vaporizzare il GPL e spella di ridurne la pressione ai<'>valore richiesto per 1'iniezione {di norma 1*2 bar circa}*The gas that reaches the reducer / vaporizer is in the liquid phase and is under pressure, therefore easo basically has two functions, that of vaporising the LPG and of reducing its pressure to the <'> value required for the injection {usually 1 * About 2 bar} *
Ciò avviene introducendo il gas in una camera il cui volume è crescente nelverso del moto, favorendo cosi1"espansione del gas e la sua vaporizzazione. Questa Camera viene realizzata in modi diversi dai vari costruttori, ma molto spesso-ha la forma di un canale a spirale la cui larghezza è costante mentre l'altezza aumenta nel verso del moto fFxg*1-a}. In tal modo si realizza l'espansione dei gas liquido, che vaporizza. II passaggio di:fase da liquido a gas avviene inevitabilmente con assorbimento di calore da parte del gas stesso e quindi provocando un abbassamento This occurs by introducing the gas into a chamber whose volume increases in the reverse of the motion, thus favoring the expansion of the gas and its vaporization. This chamber is made in different ways by the various manufacturers, but very often has the shape of a spiral whose width is constant while the height increases in the direction of the motion fFxg * 1-a}. In this way the expansion of the liquid gas is realized, which it vaporizes. The passage of: phase from liquid to gas inevitably occurs with absorption of heat from the gas itself and thus causing a lowering
Il richiedente;SCG The applicant; SCG
delle temperature, chePUÒportare anche al congeiaseBto di tasto il sistema. Per limitare tale rischio*.il riduttore/vaporizzatore è dotato di una seconda camera {Fig. 1-b}, adiacente alia prima, all"interno:della quale scorre l'acqua del circuito di raffreddamento:del motore, intercettata a monte del radiatore, quando essa è ancora ad elevata temperatura. II calore fornito dall"acqua, e trasmesso per conduzione a tutto il sistema tene è generalmente in alluminio} compensa il raffreddamento conseguente ali"espansione del gas. of the temperatures, which can also bring the system to the key congeiaBto. To limit this risk *. The reducer / vaporizer is equipped with a second chamber {Fig. 1-b}, adjacent to the first, inside: of which flows the water of the cooling circuit: of the engine, intercepted upstream of the radiator, when it is still at a high temperature. The heat supplied by the water, is transmitted by conduction to the whole system, it is generally made of aluminum; it compensates for the cooling consequent to the expansion of the gas.
Iniettori elettronici e Electronic injectors e
IL GPL, in fase gassosa e alla pressione predeterminata, uscente dal ridettore/vaporizzatorè perviene agli iniettori, particolari elettrovalvola la.cui apertura è regolata dalla centralina elettronica in modalità sequenziale fasata. L"iniezione avviene cioè in un cilindro per volta in coincidenza, per ciascuno di essi, della sua fase di aspirazione. LPG, in the gaseous phase and at the predetermined pressure, coming out of the regulator / vaporiser reaches the injectors, particular solenoid valves whose opening is regulated by the electronic control unit in phased sequential mode. In other words, injection takes place in one cylinder at a time, coinciding, for each of them, with its intake phase.
Allo scopo di stabilizzare la pressione del gas a monte degli indettoti, in modo da poter regolare<:>ls quantità iniettata solo in tese al tempo di apertura deli"iniettore, viene inserito, tra questi ultimi e il riduttore/vaporizzatore, un volume (Sai!} che ha lo.scopo di smorzare le oscillazioni che inevitabilmente la In order to stabilize the gas pressure upstream of the indectotes, so as to be able to adjust <:> the quantity injected only within the opening time of the injector, a volume ( You know!} That its purpose is to dampen the oscillations that inevitably there
il richiedente: 7 pressione subisce per effetto della centin.ua apertura e chiusura degli iniettori e dell'otturatore,, Con lapresenta del Rai1, cui sono di nonna vincolati gli iniettori#è dunque possìbile realitrare una iniezione a pressione costante . the applicant: 7 undergoes pressure as a result of the centin.ua opening and closing of the injectors and the shutter
Centralina elettronica Electronic control unit
1 sideriti impianti àutogas per l'iniezione elettronica di GPli sono dotati di una propria specifica centralina die 3⁄4a la funzione di gestire 1'alimentarione a gas dei motore ma anche di tenere sotto controllo tutti i principali parametri funzionali dell'impianto. Essa#"dialogando* costantemente con la centralina principale installata sul motore#e sulla base dei segnali ricevuti dai vari sensori di pressione è temperatiara dell'Impianto, determina#per ogni condizione di esercizio#i parametri con cui gestire l'alimentazione del motore#quali 1'anticipo e.il tempo dì iniezione . The sideriti autogas systems for the electronic injection of GPli are equipped with their own specific 3⁄4a control unit with the function of managing the gas supply of the engine but also of keeping all the main functional parameters of the system under control. It # "communicates * constantly with the main control unit installed on the engine # and on the basis of the signals received from the various pressure sensors is the temperature of the system, it determines # for each operating condition # the parameters with which to manage the power supply of the engine # such as the advance and the injection time.
Il richiedente: The applicant:
L'INVENZIONE THE INVENTION
1/invenzione proposta riguarda la -realizzazióne dì un riduttore/vaporizzatore elettronico, 1 / the proposed invention relates to the realization of an electronic reducer / vaporizer,
li sistema, realizzato come modello 3Q, si caratterizza per la forma originale, che ingloba il Rail e gli iniettori e ridisegna 1<T>andamento dei flussi acqua e gas, e soprattutto per I*adozione dì un dispositivo elettronico (e pertanto gestito dalla centralina) per 1*apertura dell*-otturatore, in sostiturione dì quello di tipo meccanico/pneumatico, comunementeutilizzato, The system, created as a 3Q model, is characterized by its original shape, which incorporates the Rail and the injectors and redraws 1 <T> water and gas flow trends, and above all for the adoption of an electronic device (and therefore managed by control unit) for 1 * shutter opening, replacing the mechanical / pneumatic one, commonly used,
La Fxg„ 2 mostra in sezione il modello 3© di un riduttore meccanico dotato di sistema di apertura dell''otturatore tramite spinetta assiale; in altre soluzioni, -si adotta un meccanismo a.leva falciata. The Fxg „2 shows in section the model 3 © of a mechanical reducer equipped with a shutter opening system by means of an axial pin; in other solutions, a swath lever mechanism is adopted.
L'ammissione di gas liquido all'interno del ridattore/vaporizzator# avviene attraverso un apposito raccordo di ingresso f"a" in Fig. 2) ed è regolata da un otturatore C"b" in Fig. 2), dotato di una molla C"c" in Fig. 2ìtsul quale agisce, mediante una spinetta i"à* in Fig, 2), una membrana pe<w>in Fig, 2) che è soggetta alla pressione del gas ed è spinta da una molla ( "f " in Fig, 2) The admission of liquid gas into the reducer / vaporiser # occurs through a special inlet fitting f "a" in Fig. 2) and is regulated by a shutter C "b" in Fig. 2), equipped with a spring C "c" in Fig. 2ìts on which acts, by means of a spinet i "à * in Fig, 2), a membrane p <w> in Fig, 2) which is subject to the pressure of the gas and is pushed by a spring (" f "in Fig, 2)
Il richiedente; 9 In modo da tenere aperto 1'otturatore; la molla che agisce sulla membrana è di norma precaricata e dotata di un dispositivo ( "g" in Fig. 2) a vite per la regolazione di tale precarico, quindi della pressione di iniezione. The applicant; 9 In order to keep the shutter open; the spring which acts on the diaphragm is usually preloaded and equipped with a screw device ("g" in Fig. 2) for adjusting this preload, therefore the injection pressure.
Finché c'è richiesta di gas, 1'espansione del gas (Fig. 3) tiene bassa la pressione e mantiene aperto l'otturatore consentendo l'ingresso di gas liquido nei riduttore/vaporizzatore, quando viceversa non è richiesta portata (fase di rilascio), l'aumento di pressione del gas, agendo sulla membrana, genera una forza che determina la chiusura dell'otturatore (Fig, 4). As long as there is a demand for gas, the expansion of the gas (Fig. 3) keeps the pressure low and keeps the shutter open, allowing liquid gas to enter the regulator / vaporizer, when, conversely, no flow rate is required (release phase ), the increase in gas pressure, acting on the membrane, generates a force that causes the shutter to close (Fig, 4).
FUNZIONAMENTO DEL RIDUTTORE ELETTRONICO OPERATION OF THE ELECTRONIC REDUCER
Il riduttore elettronico è rappresentato nelle Fig. 5-a e Fig. 5-b in due viste assonometriche dell'assieme e nella Fig. 6 in una vista esplosa. È caratterizzato da uno sviluppo cilindrico in cui le camere, per l'espansione del gas e la circolazione dell'acqua di riscaldamento, sono costituite da canali passanti longitudinali; alcre piccole camere sono ricavate all'interno delle due facce laterali del corpo del riduttore e nei due coperchi laterali con io scopo di consentire l'inversione dei relativi flussi, quello del gas e quello dell'acqua. Nel primo caso, ad ogni inversione si ha un aumento della sezione totale di passaggio, che consente l'espansione del gas. The electronic reducer is represented in Fig. 5-a and Fig. 5-b in two axonometric views of the assembly and in Fig. 6 in an exploded view. It is characterized by a cylindrical development in which the chambers, for the expansion of the gas and the circulation of the heating water, are made up of longitudinal through channels; some small chambers are obtained inside the two side faces of the reducer body and in the two side covers with the purpose of allowing the inversion of the relative flows, that of gas and that of water. In the first case, at each inversion there is an increase in the total passage section, which allows the expansion of the gas.
li richiedente:<'>J<T>, IO Le Figg, 7-a e 7-b mostrano il percorso del gas;attraverso il riduttore: il gas liquido entra nel condotto indicato dàlia freccia 1 in Fìg. 7-a e attraversando l'otturatore, quando è aperto#<■>percorre l'intero canale passante fuoriuscendo dal foro indicato dalla freccia 2 in Fìg. 7-b. Qui riempie l'intera camera Gl dì Fìg. 7-b imboccando i duecanali indicati dalle frecce 3 in Fig. 7-b. Nella camera C2 di Fig. 7-a si verifica la stessa inversione dei moto, il gas fuoriesce dal fori indicati dalie frecce 4 per immettersi nel Rail indicato dalla freccia 5. The applicant: <'> J <T>, 10 Figs, 7-a and 7-b show the path of the gas; through the reducer: the liquid gas enters the duct indicated by the arrow 1 in Fig. 7-a and passing through the shutter, when it is open # <■> it runs through the entire through channel coming out of the hole indicated by the arrow 2 in Fig. 7-b. Here it fills the entire chamber Gl dì Fìg. 7-b taking the two channels indicated by arrows 3 in Fig. 7-b. In chamber C2 of Fig. 7-a the same inversion of motion occurs, the gas escapes from the holes indicated by arrows 4 to enter the Rail indicated by arrow 5.
La Fìg, 8 mostra il dettaglio esploso del dispositivo di controllo dell'otturatore. L'otturatore ("b" in Fig. 8} è dotato di una molla di chiusura f^a" in Fig. 8) :<&·un disco di tenuta in gomma f"c" in Fig. 8) ed è inserito in un cilindro di materiale ferromagnetico ( "d" in Fig. 8) a sua volte circondato dall<1,>elettromagnete ("e" in Fig. 9}. La molla mantiene 1 *otturatore chiuso finché il magnete non è alimentato ;Fig. 9-a); guancia guasto viene eccitato, il campo elettromagnetico che si genera produce 1*apertura dell'otturatore (Fìg. 9-bj, L'impulso elettrico deve essere generato dalla centralina che per guesto motivo deve essere appositamente predisposta. tele scopo#nel riduttore è inserito un.sensore che rileva la pressione all'interne dèi Hall; quando questa scende al di sotto del valore prestabilito, la centralina comanda l'apertura Figure 8 shows the exploded detail of the shutter control device. The shutter ("b" in Fig. 8} is equipped with a closing spring f ^ a "in Fig. 8): <& · a rubber sealing disk f" c "in Fig. 8) and is inserted in a cylinder of ferromagnetic material ("d" in Fig. 8) in turn surrounded by the electromagnet ("e" in Fig. 9}. The spring keeps the shutter closed until the magnet is powered; Fig. . 9-a); faulty cheek is excited, the electromagnetic field that is generated produces the shutter opening (Fig. 9-bj, The electric impulse must be generated by the control unit which for this reason must be specially prepared. purpose # a sensor is inserted in the reducer which detects the pressure inside the Hall; when this falls below the preset value, the control unit commands opening
Il richiedente: ì deli'otturatore „ viceversa, se il valore eccede un prefissato ìimita superiore, essa ne comanda la chiusura. La Fig. 10 mostra il passaggio del gas attravèrso i*otturatore aperto mentre nella Fig. 11 è rappresentata là condizione in cui 1'otturatore è chiuso. The applicant: ì of the shutter "vice versa, if the value exceeds a predetermined upper limit, it commands its closure. Fig. 10 shows the passage of gas through the open shutter while Fig. 11 shows the condition in which the shutter is closed.
Nelle Flgg, 12-a e 12-b viene evidenziato il percorso dell'acqua di riscaldamento. 1/acqua del circuito di raffreddamento del motórerprima di attraversare il radiatore, viene convogliata nel riduttore attraverso il condotto indicato dalla freccia 1 in Fig, 12-a, Percorrendo 1'intero corpo del riduttore fuoriesce nel punto indicato dalla freccia: 2 in Fig. 12-b e riempie la camera C3 imboccando il canale indicato dalla freccia 3 di Fig. 12-b. una volta:invertito il moto, l'acqua esce dal foro indicato dalla freccia 4 in Fig. 12-a ritornando nei circuito di raffreddamento del motore. In Figures 12-a and 12-b the path of the heating water is highlighted. 1 / water from the engine cooling circuit, before passing through the radiator, is conveyed into the reducer through the duct indicated by arrow 1 in Fig, 12-a. 12-b and fills the chamber C3 entering the channel indicated by the arrow 3 of Fig. 12-b. once: when the motion is reversed, the water leaves the hole indicated by the arrow 4 in Fig. 12-a and returns to the engine cooling circuit.
INNOVAZIONI E VANTAGGI SOLUZIÓNE PROPOSTA<■>INNOVATIONS AND ADVANTAGES SOLUTIONS PROPOSAL <■>
Con l'adozione di un controllo elettronico dell'otturatore, e possibile ottenere numerosi vantaggi, in termini di* With the adoption of an electronic shutter control, it is possible to obtain numerous advantages, in terms of *
SICUREZZA SAFETY
Con 1*otturatore meccanico, all'atto dello spegnimento dei motore, non è sempre garantita la- chiusura dell'otturatore stesso. Essa dipende dalla differenza With 1 * mechanical shutter, when the engine is switched off, closing of the shutter itself is not always guaranteed. It depends on the difference
Il richiedente: 12 The applicant: 12
¥ ¥
di pressione che rèste all*interno dei riduttore tra le due camere separate dalla membrana, tenendo conto ohe la molla tende sempre a tenerlo aperto, L*otturatore elettronico è invece una elettrovalvola che,;quando non è eccitata, cioè a motore spento, si chiude automaticamente . pressure which rests inside the reducer between the two chambers separated by the diaphragm, taking into account that the spring always tends to keep it open, the electronic shutter is instead a solenoid valve which, when not energized, i.e. with the engine off, closes automatically.
PRESTAZIONI PERFORMANCE
La possibilità di. -gestire la quantità di:gas liquido che alimenta il rldcttore/vaporìzzatore. con la precisione tipica dei sistemi elettronici, permette di avere un dispositivo con una elevata rapidità di risposta e quindi molto piè pronto nell'<'>adeguare la portata di gas alia richieste dell'<'>utente. Ciò consente anche di rispettare meglio la condizione fondamentale per la corretta realizzazione dell*iniezione elettronica sequenziale fasata, quella di mantenere il più possibile costanze la pressione all'interno del Rati. The possibility of. - manage the quantity of: liquid gas that feeds the collector / vaporiser. with the precision typical of electronic systems, it allows to have a device with a high response speed and therefore much more ready in <'> adapting the gas flow rate to the user's requests. This also makes it possible to better respect the fundamental condition for the correct realization of the phased sequential electronic injection, that of keeping the pressure inside the Rati as constant as possible.
AFFILABILITÀ E MANUTENZIONE RELIABILITY AND MAINTENANCE
Un siStessa complesso, per quanto semplice cesse 1*otturatore meccanico, necessita di : adeguata manutenzione e pud essere soggetto a malfunzionamenti e guasti che richiedono il ricorso all'assistenza. Non di A complex system, no matter how simple the mechanical shutter ceases, requires: adequate maintenance and can be subject to malfunctions and breakdowns that require assistance. Not of
U richiedente: 13 rade. si verificano rotture della membrana © bloccaggi degli organi mobili o di tenuta, causati<'>dall usura e spesso dalle impurità sempre presenti nel gas per autotrazione. L'applicazione di una elettrovalvola riduce drasticamente il numero dei componenti impiegati, annullando quasi del tutto quello dei componenti mobili e di tenuta Co-ring). The applicant: 13 shafts. breakage of the membrane occurs © blockages of the moving or sealing parts, caused <'> by wear and often by the impurities always present in the automotive gas. The application of a solenoid valve drastically reduces the number of components used, almost completely eliminating the number of moving components and Co-ring sealing).
INGOMBRI DIMENSIONS
L'otturatore meccanico è come detto un sistema complesso, costituito già di per sé da diversi componenti , Esso inoltre incide notevolmente sulle dimensioni generali del riduttore/vaporizzatetre. As mentioned, the mechanical shutter is a complex system, already made up of various components in itself. It also has a significant impact on the overall dimensions of the reducer / steamer.
1/otturatore infatti lavora per effetto di usa pressione che#agendo sulla membrana, determina la forza che comprime la molla, Per non lavorare con pressioni troppo alte, si rende necessario aumentare le dimensioni della membrana. Eliminando la membrana e i numerosi componenti dell'otturatore meccanico, è stato possibile disegnare un riduttore/vaporizzatore di dimensioni molto più contenute. 1 / the obturator in fact works due to the effect of pressure which # acting on the diaphragm determines the force that compresses the spring. In order not to work with too high pressures, it is necessary to increase the size of the diaphragm. By eliminating the membrane and the numerous components of the mechanical shutter, it was possible to design a reducer / vaporizer of much smaller dimensions.
Il modello realizzato si contraddistingue anche per la soluzione innovativa di integrare in un unico componente, il riduttore/vaporizzatore, il Rail -a gli iniettori. The model created is also distinguished by the innovative solution of integrating in a single component, the reducer / vaporizer, the Rail -a the injectors.
iedente: 14 Si tratta di tra elementi inglobati in uno, avente dimensioni minori del solo riduttore/vaporieratóre meccanico» iedente: 14 These are between elements incorporated into one, having smaller dimensions than just the mechanical reducer / steam generator "
INSTALLAZIONE INSTALLATION
Gli ingombri ridotti dei riduttore/vaporizratore elettronico rendono sicuraiaente più semplice e veloce la sua instaHat ione nei vano motore delineato*Ciò riduce atlC.be A rischi di errori durante il montaggio e gli inevitabili interventi sui componenti di iserie. The reduced dimensions of the electronic reducer / vaporizer make its installation in the outlined engine compartment safer and faster * This reduces atlC.be to the risk of errors during assembly and the inevitable interventions on series components.
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