ITMI20012354A1 - Iniettore pilotato dalla pressione, con curva di iniezione ottimizzata attraverso la corsa - Google Patents
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Description
Descrizione
Ambito tecnico
Nei sistemi di iniezione del carburante per motori a combustione interna ad iniezione diretta trovano al giorno d'oggi impiego iniettori, i quali contemplano corpi valvolari che, tramite un'unità di azionamento, sono spostabili verso l'alto e verso il basso, in direzione verticale, nella carcassa dell'iniettore. Con gli iniettori, che sono alloggiati nella zona della testata e che si protendono nell'interno delle singole camere di scoppio del motore a combustione interna, inizio dell'iniezione e quantità iniettata vengono regolati e mantenuti in atto durante il funzionamento del motore a combustione interna. Gli iniettori vengono di norma installati nella zona della testata del motore a combustione interna senza grossa modificazione costruttiva.
Stato dell'arte
Il documento DE 198 01 879 Al indica un sistema di iniezione del carburante per motori a combustione interna. Il dispositivo noto da questa pubblicazione contempla una pompa ad alta pressione, la quale riempie con carburante una camera collettrice ad alta pressione in comune (Common Rail), che può essere riempita con carburante. La camera collettrice ad alta pressione in comune è collegata, attraverso condutture di iniezione, con valvole di iniezione che si protendono nella camera di scoppio del motore a combustione interna da alimentare ed i cui movimenti di apertura e di chiusura vengono di volta in volta pilotati da una valvola di comando attivata elettricamente, laddove la valvola di comando è realizzata sotto forma di valvola a 3/2 vie e collega un canale ad alta pressione, che sbocca in un'apertura di iniezione della valvola di iniezione, con la conduttura di iniezione oppure con una conduttura di scarico. In proposito, sull'organo della valvola di comando è prevista una camera di lavoro idraulica, che può essere riempita con l'elevata pressione del carburante e che può essere pilotata in senso incrementale per regolare la posizione di impostazione dell'organo della valvola di comando in un canale di scarico.
Il documento DE 198 35 494 Al porta a conoscenza di un'unità costituita da pompa ed ugello. Questa serve per alimentare carburante in una camera di combustione di motori a combustione interna ad iniezione diretta, comprendenti un'unità di pompaggio che serve a creare una pressione di iniezione e ad iniettare il carburante, attraverso un ugello di iniezione, nella camera di combustione. Essa contempla inoltre un'unità di comando comprendente una valvola di comando, la quale è realizzata sotto forma di valvola del tipo A, che si apre verso l'esterno, nonché un'unità di azionamento della valvola, la quale serve per pilotare la creazione della pressione nell'unità di pompaggio. Al fine di creare un'unità costituita da pompa ed ugello, comprendente un'unità di comando, che abbia una strutturazione semplice, sia poco ingombrante ed in special modo abbia un breve tempo di risposta, conformemente all'invenzione viene proposto di configurare l'unità di azionamento della valvola sotto forma di un'attuatore piezoelettrico.
Illustrazione dell'invenzione
Con la configurazione, proposta conformemente all'invenzione, di uno spillo dell'ugello di un iniettore, che serve per iniettare carburante nelle camere di scoppio di motori a combustione interna, in corrispondenza dello spillo dell'ugello può essere creata una configurazione a rampa che, attraverso la corsa e pertanto il comportamento di iniezione dell'iniettore, dà forma alla curva di iniezione. La rampa agisce tra una superficie di comando, prevista sul lato della carcassa e che segue ad un bordo di comando sulla carcassa dell'iniettore, ed una zona conica prevista sullo spillo dell'ugello. Sul lato dello spillo dell'ugello si trova, di fronte alla zona conica, la zona del foro nella carcassa dell'iniettore, nella quale lo spillo dell'ugello è spostabile verso l'alto e verso il basso.
Al di sopra di un punto di rastremazione, in corrispondenza dello spillo dell'ugello, si trova un segmento di guida superiore dello spillo dell'ugello: nell'interno di questo segmento di guida sono previsti fianchi, tramite i quali il carburante proveniente dalla camera dell'ugello, nella quale esso entra sotto pressione elevata provenendo dalla camera collettrice ad alta pressione, può defluire nella direzione della punta dello spillo dell'ugello. Vantaggiosamente, a valle del segmento di guida, dotato dei menzionati fianchi, dello spillo dell'ugello è disposta una luce anulare, rettilinea; la luce anulare tra un segmento circonferenziale rettilineo dello spillo dell'ugello ed un segmento della superficie frontale lato-carcassa, funge da elemento di strozzamento, che si aggiunge all'estremità inferiore dello spillo dell'ugello che, grazie alla sua configurazione conica, funge parimenti da elemento di strozzamento. Attraverso la luce anulare, fungente da elemento di strozzamento, durante una prima parte della corsa dello spillo dell'ugello, nella carcassa dell'iniettore, solo un piccolo volume di carburante entra nella camera di scoppio del motore a combustione interna. In questa maniera è possibile tenere conto, all'inizio dell'iniezione, del ritardo di accensione che perdura fino alla completa creazione del fronte fiamma nella camera di scoppio. Quando, tramite l'ulteriore aumento della pressione in corrispondenza del gradino di spinta dello spillo dell'ugello, nella camera dell'ugello lo spillo dell'ugello viene ulteriormente spostato verso l'alto, in antagonismo all'azione della molla di ermetizzazione , durante l'ulteriore corsa dello spillo dell'ugello si perviene allora ad un graduale ampliamento della distanza tra la superficie di comando, prevista sul lato della carcassa, e la zona conica in corrispondenza dello spillo dell'ugello, cosicché la luce anulare, che agisce all'inizio dell'iniezione, durante l'ulteriore corsa dello spillo dell'ugello viene ampliata in modo continuo e può essere fatto passare un volume maggiore di carburante. L'aumento, conseguibile per effetto della superficie conica in corrispondenza dello spillo dell'ugello, della quantità di carburante iniettata ha inizio solo dopo la completa formazione del fronte fiamma nella camera di scoppio, cosicché il ritardo di accensione è trascorso ed un volume maggiore di carburante viene iniettato nel giusto momento nella camera di scoppio del motore a combustione interna, vale a dire quando le condizioni termodinamiche sono al riguardo ottimali.
Un'esatta preassegnazione della curva della pressione durante la fase di iniezione dipende dalla lunghezza del piano inclinato sulla zona conica dello spillo dell'ugello, inoltre dall'angolo della superficie inclinata relativamente alla superficie frontale e dalla corsa verticale dello spillo dell'ugello nella carcassa dell'iniettore.
Disegno
L'invenzione viene in appresso illustrata in relazione al disegno, entrando più nel dettaglio.
Qui fanno vedere:
figura 1 una sezione longitudinale attraverso uno spillo dell'ugello che è supportato nella carcassa dell'iniettore e reca un piano inclinato di formatura,
figura 2 il piano inclinato di formatura, che è ricavato sullo spillo dell'ugello e fronteggia una superficie di comando solidale con la carcassa,
figura 3 le curve della pressione di iniezione che si vengono a formare con lo spillo dell'ugello conforme all'invenzione, rapportate alla corsa di questo, e
figura 4 la rappresentazione in scala più grande del bordo di comando lato-carcassa e della superficie di comando, di fronte alla quale si trova una superficie inclinata che dà forma allo spillo dell'ugello che dà luogo alla curva della pressione di iniezione.
Varianti esecutive
Dalla rappresentazione di cui alla figura 1 si evince più nel dettaglio una sezione longitudinale attraverso uno spillo dell'ugello, che è racchiuso da una carcassa dell'iniettore.
Dalla rappresentazione di cui alla figura 1 si evince più nel dettaglio un iniettore 8 atto all'iniezione di carburante nella camera di scoppio di un motore a combustione interna, che è in collegamento con una camera collettrice ad alta pressione 1 (Common Rail). A valle della conduttura di alimentazione, che si diparte dalla camera collettrice ad alta pressione 1 (Common Rail) e che sbocca nell'alimentazione 17 della camera dell'ugello, è disposta una valvola 2 a 3/2 vie. Nella variante esecutiva mostrata questa viene pilotata tramite una camera di comando 3 che, attraverso una derivazione della conduttura di mandata della camera collettrice ad alta pressione 1 ed una strozzatura di afflusso 5 qui ubicata, è investita da un volume di comando. Una modificazione della pressione nella camera di comando 3 può essere attuata tramite una valvola di comando 6 a 2/2 vie, la quale, sul lato di recupero della nafta, è in collegamento con una conduttura di deflusso 7. Nella conduttura di scarico della pressione della camera di comando 3 è integrata una strozzatura di deflusso 4.
L'iniettore 8 contempla sostanzialmente uno spillo 14 dell'ugello, precaricato, il quale è inserito in un foro nella carcassa 9 dell'iniettore. Lo spillo 14 dell'ugello viene precaricato, in corrispondenza della propria faccia frontale, superiore 15, tramite un elemento di spinta 16 configurato a forma di cono. L'elemento di spinta 16 configurato a forma di cono viene da parte sua precaricato tramite una molla di ermetizzazione 11, la quale è realizzata sotto forma di molla a spirale e trova appoggio in corrispondenza di un elemento di sostegno 10 inserito nella carcassa 9 dell'iniettore. L'elemento di sostegno 10, l'elemento di spinta 13 conico, nonché lo spillo 14 dell'ugello sono di per sé realizzati con simmetria di rivoluzione relativamente all'asse di simmetria 12 . Al di sotto della zona di testa dello spillo 14 dell'ugello, che è realizzata sotto forma di un primo segmento di guida 16, si trova, nella carcassa 9 dell'iniettore, una camera 18 dell'ugello che può essere alimentata con carburante che si trova sotto pressione elevata, passando per la camera collettrice ad alta pressione 1, la valvola di comando 2 a 3/2 vie, posta a valle di questa, e l'alimentazione 17 della camera dell'ugello. Nell'interno della camera 18 dell'ugello, nella carcassa 9 dell'iniettore, è previsto uno spillo 14 dell'ugello recante un gradino di spinta 19. Il gradino di spinta 19 provoca, quando la camera 18 dell'ugello viene investita dalla pressione, la risalita dello spillo 14 dell'ugello e pertanto l'abilitazione di un foro di iniezione 32. Lo spostamento verticale, sotto forma di corsa, dello spillo 14 dell'ugello è indicato schematicamente, nella rappresentazione di cui alla figura 1, per mezzo della doppia freccia che si trova accanto all'asse di simmetria 12. Al di sotto di un punto di rastremazione dello spillo 14 dell'ugello, che sostanzialmente è circondato dalla camera 18 dell'ugello, nella carcassa 9 dell'iniettore, sullo spillo 14 dell'ugello è ricavato un secondo segmento di guida 20. Il segmento di guida 20 provoca, al di sotto della camera 18 dell'ugello, una guida dello spillo 14 dell'ugello nell'interno della carcassa 9 dell'iniettore. Al fine di consentire il passaggio del carburante, che entra nella camera 18 dell'ugello, fino alla punta, eseguita conicamente, dello spillo dell'ugello, sul segmento di guida 20, al di sotto della camera 18 dell'ugello, sono ricavati fianchi 42. Passando per i fianchi 42, il carburante che si trova sotto pressione elevata entra nella zona del foro, nell'interno della carcassa 9 dell'iniettore, che sul lato dello spillo dell'ugello viene delimitato dal punto di rastremazione 21.
Al di sotto del punto di rastremazione 21 si trova, a valle di un'appendice anulare sullo spillo 14 dell'ugello, una zona conica 33 che si allarga in direzione della testa dello spillo dell'ugello. A questa segue poi una camera anulare 28 che da parte sua, sul lato della carcassa, viene delimitata da una scanalatura anulare 35 e sul lato dello spillo dell'ugello viene delimitata da un ulteriore punto di rastremazione 34 sullo spillo 14 dell'ugello. Al di sotto di questa camera anulare 28 lo spillo dell'ugello confluisce sul lato di testa in un cono 29 fungente da sede, in corrispondenza del quale è ricavato un diametro 30 fungente da sede. Per mezzo del diametro 30 fungente da sede la testa dello spillo 14 dell'ugello si porta nella sede, ricavata nella parete 31 della carcassa 9 dell'iniettore, e chiude l'apertura di iniezione 32 per effetto dell'azione della molla di ermetizzazione 11 e della forza di spinta presente sul lato frontale, superiore, 15 dello spillo 14 dell'ugello. Con l'apertura di iniezione 32 l'iniettore 8, configurato conformemente all'invenzione, secondo la rappresentazione di cui alla figura 1, si protende nell'interno della camera di scoppio di un motore a combustione interna.
Dalla rappresentazione di cui alla figura 2 si evince più nel dettaglio il piano inclinato di formatura ricavato sullo spillo dell'ugello ed ubicato di fronte ad una superficie di comando solidale con la carcassa.
Dalla rappresentazione di cui alla figura 2, riprodotta in scala più grande, si evince il fatto che al di sotto del secondo segmento di guida 20 e del punto di rastremazione 21, che a questo segue in corrispondenza dello spillo 14 dell'ugello, tra la superficie di comando, che si estende sul bordo di comando 8 previsto sul lato della carcassa, ed il segmento, ubicato di fronte, dello spillo dell'ugello, è ricavato un punto di strozzamento avente sezione variabile, laddove la sezione di strozzamento cambia in funzione della corsa dello spillo 14 dell'ugello nell'interno della carcassa 9 dell'iniettore. La superficie di comando, che sul lato della carcassa segue al bordo di comando 8, si estende verticalmente verso il basso e viene formata dalla parete della carcassa 9 dell'iniettore. Di fronte a questa si trova, sullo spillo dell'ugello, un segmento anulare realizzato in un'altezza 25 (h1) della luce anulare. La luce anulare, che si forma tra la zona anulare dello spillo 14 dell'ugello e la zona, ubicata di fronte a questa, della superficie di comando della carcassa 9 dell'iniettore, è contrassegnata con il contrassegno 23. L'area della sezione della luce anulare 23 è contrassegnata con il contrassegno 22 e contrassegna l'area libera della luce anulare e forma un punto di strozzamento. Alla zona anulare, che è realizzata sullo spillo 14 dell'ugello e si estende per un'altezza 25 (h1) della luce anulare, segue una zona conica 33. La zona conica 33 si apre in direzione della testa dello spillo 14 dell'ugello. Tra la superficie di comando, che verticalmente si estende verso il basso e segue il bordo di comando 8 della carcassa 9 dell'iniettore, e la superficie inclinata della zona conica è racchiuso un angolo 27. Alla zona conica 33 dello spillo 14 dell'ugello, la cui estensione assiale è contrassegnata con il contrassegno 41 (h3) , segue, sullo spillo 14 dell'ugello, una scanalatura anulare 34. La scanalatura anulare 34 forma, conformemente alla rappresentazione di cui alla figura 2, con una rientranza 35 a forma di scanalatura anulare, realizzata di fronte a questa in corrispondenza della carcassa 9 dell'iniettore, una camera anulare 28. In questa si proietta il carburante che passa per il punto di strozzamento avente sezione variabile, prima di affluire, passando lungo il cono 29 della sede dello spillo 14 dell'ugello, in direzione della testa dell'ugello e dell'apertura di iniezione 32. La lunghezza della superficie di comando che, in corrispondenza della carcassa 9 dell'iniettore, segue al bordo di comando 8, è contrassegnata con il contrassegno 26 e corrisponde più o meno all'altezza 25 (h 1 ) della luce anulare ed all'estensione della zona conica 33, parallelamente all'asse di simmetria 12 dello spillo 14 dell'ugello.
Dalla figura 3 si evincono più in dettaglio le curve della pressione di iniezione che si vengono a creare con lo spillo dell'ugello configurato conformemente all'invenzione, di volta in volta rapportate alla corsa dello spillo dell'ugello.
Con il contrassegno 36 è identificata la curva della pressione di iniezione, rapportata alla corsa 37 dello spillo 14 dell'ugello. Nel diagramma di cui alla figura 3 sono rappresentate le caratteristiche 38, rispettivamente 39 della curva della pressione. A seconda della lunghezza assiale prescelta della superficie di comando 22, a valle del bordo di comando 8, rispettivamente dell'altezza 25 della luce anulare e dell'estensione assiale della zona conica 33 nella direzione dell'asse di simmetria 12 dello spillo 14 dell'ugello, ed in funzione del prescelto angolo 27 della zona conica 33, relativamente al foro che corre verticalmente nella carcassa 9 dell'iniettore, si vengono a creare una configurazione 39 più piatta della pressione di iniezione, oppure una configurazione 38 più ripida della pressione di iniezione. Dalle rappresentate caratteristiche 38, rispettivamente 39, della curva della pressione si evince che anzitutto si viene a creare una configurazione della pressione avente andamento asintotico, fino a che il bordo di comando 8 e la zona recante la luce anulare 25 si sovrappongono, vale a dire all'inizio della fase verticale di risalita dello spillo 25 dell'ugello, in antagonismo all'azione della molla di ermetizzazione 11. Durante questa fase, vale a dire una prima parte della corsa dello spillo 14 dell'ugello nell'interno della carcassa 9 dell'iniettore, resta costante la sezione della strozzatura, che aumenta solo nel momento della sovrapposizione del bordo di comando 8 con l'inizio della zona conica. Durante questa ulteriore parte della corsa, che può estendersi per la lunghezza 41 della corsa, vale a dire l'estensione assiale dello spillo 14 dell'ugello nell'interno della zona conica, la sezione della strozzatura continua ad allargarsi in occasione dell'ulteriore spostamento verticale dello spillo dell'ugello in antagonismo all'azione della molla di ermetizzazione 11. La sezione cresce in funzione dell'angolo di inclinazione 27, per cui può essere conseguito un più rapido raggiungimento di un livello di pressione elevato, conformemente alla linea tratteggiata (curva 38 della pressione di iniezione nella figura 3). In questo intervallo, contrassegnato con il contrassegno 41, nel quale la sezione della strozzatura aumenta continuamente, si viene a creare un fianco ripido di crescita della pressione, cosicché la pressione massima è raggiunta più rapidamente. A seconda della prescelta estensione assiale 41 (h3) della zona conica 33, nonché del prescelto angolo di inclinazione 27, la crescita della pressione può essere impostata conformemente alle caratteristiche 38, rispettivamente 39 della curva di pressione riprodotte a titolo esemplificativo nella figura 3. L'estensione assiale 26 (h2) , prevista lato-carcassa sulla superficie di comando, corrisponde quantomeno alle due corse parziali 25, rispettivamente 41, che lo spillo 14 dell'ugello esegue quando si sposta verso l'alto in antagonismo all'azione della molla di ermetizzazione 11.
Dalla rappresentazione di cui alla figura 4 si evince più nel dettaglio la rappresentazione in scala più grande del bordo di comando sul lato della carcassa, il quale è ubicato di fronte ad una superficie inclinata che da forma alla curva della pressione di iniezione all'atto dello spostamento verso l'alto dello spillo dell'ugello.
La corsa complessiva 40 dello spillo 14 dell'ugello è vantaggiosamente dimensionata in modo che questa sempre sia uguale alle corse parziali 25 (hj e 41 (h3) , oppure che le due corse parziali 25, rispettivamente 41 siano scelte in modo che esse siano minori rispetto alla corsa complessiva 40 dello spillo 14 dell'ugello. Con lo spillo 14 dell'ugello, configurato conformemente all'invenzione ed inserito in una carcassa 9 dell'iniettore, è possibile non soltanto conseguire solo una rampa nella curva della pressione, bensì attraverso il dimensionamento del diametro 23 della luce anulare, nonché delle corse parziali 25, rispettivamente 41, sul lato dello spillo dell'ugello, e della lunghezza della superficie di comando, che segue al bordo di comando 8, è possibile impostare la curva dell'iicremento della pressione. La pressione di apertura dello spillo 14 dell'ugello può essere influenzata attraverso la configurazione del gradino di spinta 19 che, sullo spillo 14 dell'ugello, è realizzato nella zona della camera 18 dell'ugello che lo circonda,· la pressione di apertura dello spillo 14 dell'ugello viene definita attraverso il dimensionamento della molla di ermetizzazione 11, che agisce sulla faccia frontale, superiore, 15 dello spillo 14 dell'ugello nella carcassa 9 dell'iniettore. In proposito è indifferente se l'iniettore viene pilotato direttamente tramite una valvola 2 a 3/2 vie, oppure viene attivato per mezzo di un'unità di azionamento, a titolo di esempio per mezzo di un attuatore piezoelettrico oppure di una valvola a solenoide.
Con la soluzione proposta conformemente all'invenzione è possibile conseguire un pilotaggio della pressione di iniezione non solo su un intervallo parziale della corsa dell'iniettore, bensì sulla sua intera corsa estendentesi nella direzione verticale. Con ciò, a seconda della configurazione della zona conica 35, nonché del dimensionamento assiale della superficie di comando 22 nella carcassa 9 dell'iniettore è possibile tenere conto appieno delle più diverse caratteristiche di iniezione richieste dalla clientela, tanto per motori a combustione interna ad iniezione diretta su veicoli adibititi al trasporto di persone, quanto su veicoli commerciali.
Claims (1)
- Rivendicazioni 1.- Iniettore atto all'iniezione di carburante nelle camere di scoppio di motori a combustione interna, comprendente una carcassa (9) dell'iniettore, nella quale uno spillo (14) dell'ugello, che è circondato da una camera (18) dell'ugello, può muoversi verticalmente verso l'alto e verso il basso, e lo spillo (14) dell'ugello è guidato in segmenti di guida (16, 20) nella carcassa (9) dell'iniettore e, per mezzo di una molla di ermetizzazione (11), viene spinto nella sua sede (30) nella carcassa (9) dell'iniettore, caratterizzato dal fatto che, al di sotto di una rastremazione (21) dello spillo (14) dell'ugello, tra la carcassa (8, 9) dell'iniettore e lo spillo (14) dell'ugello, è ricavata la luce anulare (23) alla quale, nella direzione della sede (29), segue una zona conica (33). 2.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la zona conica (33) contempla, al di sotto della luce anulare (23), una superficie in pendenza, che è inclinata in ragione di un angolo δ (27) rispetto alla superficie di comando (22) che gli sta di fronte. 3.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la lunghezza assiale (25) della luce anulare (23) sullo spillo (14) dell'ugello corrisponde ad una prima corsa parziale dello spillo (14) dell'ugello. 4.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la lunghezza assiale (41) della zona conica (33) dello spillo (14) dell'ugello corrisponde ad un'ulteriore corsa dello spillo (14) dell'ugello nella carcassa (9) dell 'iniettore. 5.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la lunghezza assiale (26) della superficie di comando (22) nella carcassa (9) dell'iniettore corrisponde alla corsa complessiva dello spillo (14) dell'ugello nella carcassa (9) dell'iniettore. 6.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la superficie in pendenza (33) è ricavata sulla superficie di comando (22) nella carcassa (9) dell'iniettore. 7.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'estensione assiale h2 (25) della luce anulare (23) e l'estensione assiale (41) h3 della zona conica (33) sono più piccole rispetto alla corsa complessiva (40) dello spillo (14) dell'ugello. 8.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che, al di sotto della zona conica (33), sono ricavate una scanalatura anulare (34) sullo spillo (14) dell’ugello ed una scanalatura anulare (35) sul lato della carcassa. 9.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le scanalature anulari (34, 35) sul lato della carcassa e sul lato dello spillo dell'ugello delimitano una camera anulare (28), la quale è anteposta ad un cono (29) fungente da sede dello spillo (14) dell'ugello. 10.- Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sullo spillo (14) dell'ugello, al di sotto della camera (18) dell'ugello, in corrispondenza del secondo segmento di guida (20), si trovano fianchi (42), lungo i quali passa il carburante che affluisce nella luce anulare (23) tra spillo (14) dell'ugello e carcassa (9) dell'iniettore.
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