ITMI20072073A1 - Gruppo di iniezione di combustibile per un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un gruppo di iniezione di combustibile per un motore a combustione interna.

Come è noto, i gruppi di iniezione del tipo suddetto, comprendono una pompa di alta pressione ed almeno una pompa di pre-alimentazione atta ad alimentare il combustibile alla pompa di alta pressione, la cui mandata è collegata ad un collettore comune per alimentare una serie di iniettori per il motore. Il gruppo di iniezione presenta in genere un circuito di bassa pressione, il quale è in comunicazione con la pompa di alta pressione e la pompa di pre-alimentazione, ed è generalmente molto complesso, specie nel caso in cui la regolazione della portata della pompa di alta pressione è realizzata sul lato di aspirazione della pompa di alta pressione.

Infatti, la regolazione della portata della pompa di alta pressione richiede ulteriori valvole di regolazione per assicurare l'espletamento di ulteriori funzioni, come ad esempio, mantenere una pressione costante nel circuito di bassa pressione, lubrificare il meccanismo di azionamento della pompa di alta pressione, regolare la portata della pompa di prealimentazione, ed ulteriori componenti per assicurare comunque una circolazione del combustibile in caso di mandata nulla della pompa di alta pressione. Normalmente, le ulteriori valvole di regolazione e gli ulteriori componenti, che assicurano le sopra citate funzioni, sono in parte realizzati direttamente e in parte montati nel corpo pompa di alta pressione o nella relativa flangia di supporto. Di conseguenza, il circuito di bassa pressione è molto complicato da realizzare e richiede una pluralità di fori e condotti per collegare le relative valvole di regolazione. Inoltre, è necessario realizzare numerose varianti del corpo pompa per adattarlo alle esigenze del cliente costruttore del motore con conseguente incremento dei costi di produzione.

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un gruppo di iniezione di combustibile che risulti esente dagli inconvenienti sopra identificati e che, in particolare, sia di fabbricazione semplice ed economica e semplifichi al massimo il gruppo di iniezione dal punto di vista costruttivo.

Secondo l'invenzione, questo scopo viene realizzato da un gruppo di iniezione di combustibile per un motore a combustione interna, come definito dalla rivendicazione 1.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla seguente descrizione di un esempio non limitativo di realizzazione, fatta con riferimento alle figure allegate, in cui:

- la figura 1 è una vista schematica, con parti asportate per chiarezza, di un gruppo di iniezione di combustibile secondo l'invenzione; e

- la figura 2 è una vista prospettica, con parti asportate per chiarezza, del gruppo di iniezione della figura 1.

In figura 1, con 1 è indicato nel suo complesso, un gruppo di iniezione di combustibile per un motore a combustione interna. Il gruppo di iniezione 1 comprende un serbatoio 2 di combustibile da pompare; una pompa di pre-alimentazione 3 atta ad inviare il combustibile ad una pompa di alta pressione 4; un collettore o common rail 5 atto a ricevere il combustibile pompato dalla pompa di alta pressione 4 per alimentare una serie di iniettori per il motore, non indicati nei disegni.

In particolare, la pompa di pre-alimentazione 3 è azionata da un motore elettrico, non indicato, ed è in comunicazione con il serbatoio 2 attraverso un condotto di aspirazione 7, su cui è disposto un pre-filtro 6 normalmente immerso nel combustibile del serbatoio 2. La pompa di pre-alimentazione 3 è atta a comprimere il combustibile aspirato ad una pressione dell'ordine di 5 bar e ad inviarlo, attraverso un condotto di mandata 8 di bassa pressione, su cui è disposto un filtro 9 di separazione dell'acqua dal combustibile. La pressione del combustibile sul condotto 8 è controllata da una valvola di controllo 11, atta a scaricare il combustibile pompato in eccesso su un condotto di scarico 12, che sfocia nel serbatoio 2.

Nella fattispecie illustrata nella figura 1, il gruppo di iniezione 1 comprende un'ulteriore pompa di pre-alimentazione 13 del tipo a ingranaggi o a palette, la quale è disposta lungo il condotto di mandata 8 di bassa pressione ed è associata con una strozzatura calibrata 14. La pompa di pre-alimentazione 13 alimenta il combustibile alla pompa ad alta pressione 4, attraverso un circuito di controllo dell'alimentazione, in seguito chiamato unità di controllo di bassa pressione 15.

La pompa ad alta pressione 4 è atta a comprimere il combustibile ad una pressione molto alta, ad esempio dell'ordine di 2.500 bar, per inviarlo attraverso un condotto di mandata 16 al common rail 5. In particolare, la pompa di alta pressione 4 comprende tre pompanti 17, ciascuno dei quali è formato da un cilindro 18 in cui scorre con moto alterno un pistone 19. Il cilindro 18 è in comunicazione con l'unità di controllo di bassa pressione 15, attraverso una valvola di aspirazione 21, ed è in comunicazione con il condotto di mandata 16 attraverso una valvola di mandata 22. Nell'esempio illustrato, i tre pompanti 17 sono disposti radialmente a 120° tra loro, rispetto ad un albero 23, che fa parte di un meccanismo di azionamento dei tre pistoni 19, genericamente indicato con 24.

La pompa ad alta pressione 4 è inoltre munita di un corpo pompa 26, indicato nello schema di figura 1 da un quadrilatero tratteggiato, il quale racchiude un vano interno 27, in cui è alloggiato il meccanismo di azionamento 24. Nel corpo pompa 26 sono predisposti dei canali interni 28, che mettono in comunicazione l'unità di controllo di bassa pressione 15 con le tre valvole di aspirazione 21, ed altri canali interni 29 che mettono in comunicazione le tre valvole di mandata 22 con il condotto di mandata 16 di alta pressione.

Il meccanismo di azionamento 24 comprende essenzialmente un eccentrico 31 di azionamento dei tre pistoni 19, il quale è fissato sull'albero 23. Questo è girevole in modo noto su supporti portati dal corpo pompa 26 ed è munito di guarnizioni di tenuta per chiudere il vano interno 27. L'eccentrico 31 è atto ad azionare un anello prismatico 32, avente tre facce piane 33. Ciascuno dei tre pistoni 19 si appoggia sulla corrispondente faccia 33 per azione di una molla di compressione, non indicata nello schema. Il pistone 19 può scorrere trasversalmente sulla faccia 33 durante la rotazione dell'eccentrico 31.

L'unità di controllo di bassa pressione 15 comprende un'elettrovalvola di dosaggio 34 disposta tra un condotto di uscita 35 della pompa ausiliaria 13 e i condotti interni 28 di aspirazione dei cilindri 18. L'elettrovalvola di dosaggio 34 è atta a controllare la quantità di combustibile che deve alimentare la pompa di alta pressione 4 e viene aperta e chiusa sotto il controllo di un'unità elettronica 36, in funzione delle condizioni operative del motore, ossia in funzione del combustibile che gli iniettori (non illustrati in figura 1) devono di volta in volta iniettare, in modo da ridurre al minimo le variazioni di pressione nel common rail 5.

Allo scopo di lubrificare e raffreddare il meccanismo di azionamento 24 durante il funzionamento, il vano 27 è munito di un'apertura di ingresso 41, la quale è in comunicazione con l'unità di controllo di bassa pressione 15, attraverso un condotto di lubrificazione 42. Il condotto di lubrificazione 42 è collegato al condotto di uscita 35 della pompa 13, mediante un circuito idraulico di controllo 43, il quale comprende una strozzatura 44 per dosare la quantità di combustibile da inviare direttamente al vano 27, ed una valvola a portata variabile 46.

In accordo con una variante della presente invenzione non illustrata nelle figure allegate, la strozzatura 44 è omessa. Nella fattispecie, la valvola a portata variabile 46 presenta una molla ed un pistone, il quale è azionato dalla pressione del gasolio che spinge il pistone contro l'azione della molla. Sul pistone è disposto un foro calibrato, che assicura sempre una portata di lubrificazione. Quando la pressione aumenta il pistone sale. A regime la portata in eccesso va in aspirazione alla pompa di prealimentazione 13 e la pressione di fronte alla elettrovalvola di dosaggio 34 resta costante. Il foro calibrato ha la stessa funzione della strozzatura 44 e sostituisce la strozzatura 44.

La valvola 46 presenta un ingresso 47 collegato al condotto 35, per modulare il combustibile da inviare al vano 27, ed un'uscita 48 in comunicazione con il condotto di mandata 8 della pompa di pre-alimentazione 3. Il vano 27 del corpo pompa 26 presenta inoltre un'apertura di uscita 49 del combustibile dal vano interno 27, in comunicazione con il condotto di scarico 12 come sarà meglio visto in seguito.

A sua volta, il common rail 5 è munito di un'elettrovalvola di scarico 37, disposta in serie con una strozzatura calibrata 38. L'elettrovalvola 37 viene controllata dall'unità 36 per ridurre la pressione del combustibile nel common rail 5, scaricando il combustibile in eccesso sul condotto di scarico 12. Inoltre il common rail 5 è munito di una valvola di sovrapressione 39 atta scaricare automaticamente il combustibile in eccesso nel condotto di scarico 12, per evitare che la pressione nel rail 5 superi una predeterminata pressione limite.

Come è noto, ciascun iniettore comprende una corrispondente valvola di dosaggio munita di una camera di controllo idraulico, la quale scarica il combustibile in eccesso su un condotto di uscita 51, su cui è disposta una strozzatura 52. Il condotto intermedio 51 è in comunicazione con il condotto di scarico 12, attraverso un giunto 53. L'apertura 49 di uscita del vano 27 è in comunicazione con il condotto di uscita 51, attraverso un raccordo di uscita 54 ed un giunto 56 a monte della strozzatura 52, per mettere il vano 27 in comunicazione con il condotto di scarico 12.

Infine, l'unità di controllo di bassa pressione 15 comprende uno scarico comune 57 dei canali interni di aspirazione 28, il quale è in comunicazione con l'uscita dell'elettrovalvola di drenaggio 34 ed ha la funzione di garantire una certa circolazione di combustibile attraverso il condotto di lubrificazione 42 nel caso in cui l'elettrovalvola 34 sia controllata in modo da definire un'assenza di mandata {mandata zero) della pompa di alta pressione 4. Lo scarico comune 57 porta una strozzatura 58 e sfocia sul giunto 53 del condotto di scarico 12.

In funzione delle condizioni di funzionamento del motore, l'unità elettronica 36 controlla, oltre che l'elettrovalvola di dosaggio 34, anche l'elettrovalvola di controllo 37 della pressione del combustibile nel rail 5. L'unità elettronica 36 controlla anche le valvole di dosaggio degli iniettori, allo scopo di determinare l'istante e la durata di ciascuna iniezione .

Secondo l'invenzione, l'unità di controllo di bassa pressione 15 è portata da un blocco 59, indicato in figura con un rettangolo tratteggiato. Il blocco 59 è disposto all'esterno della pompa di alta pressione 4. In particolare, il blocco 59 è formato da un corpo di supporto dell'unità di controllo di bassa pressione 15, indipendente dai corpi delle due pompe di prealimentazione 3 e 13 e della pompa di alta pressione 4.

Con riferimento alla figura 2, dal punto di vista strutturale, il gruppo di iniezione 1 comprende il corpo pompa 26 della pompa ad alta pressione 4; l'albero 23 di cui si vede un codolo 60 che protrude dal corpo pompa 26; una testata 61 per ciascun pompante 17 (figura 1); il blocco 59; ed il corpo pompa 62 della pompa di pre-alimentazione 13.

Il corpo pompa 26, le testate 61, il blocco 59 sono definiti da rispettivi blocchi metallici assemblati fra loro. Nella fattispecie, le testate 61 sono uniformemente distribuite attorno all'albero 23 mentre, il blocco 59 si estende prevalentemente in direzioni trasversali all'albero 23 ed è serrato fra il corpo pompa 26 ed il corpo pompa 62.

Sul blocco 59 sono assemblati un sensore 63 di temperatura e la elettrovalvola 34.

La struttura del gruppo di iniezione 1 permette la fabbricazione dello stesso per moduli indipendenti, dalla pompa di pre-alimentazione 13, dalla pompa di alta pressione 4, dal common rail 5, e dal blocco 59 dell'unità controllo di bassa pressione 15. Il blocco 59 può essere collegato al motore indipendentemente dalla pompa di alta pressione 4. In alternativa, il blocco 59 può essere collegato al corpo pompa 26 per essere poi fissato sul motore assieme alla pompa di alta pressione 4.

II blocco 59 può essere assemblato in diverse posizioni rispetto a quella illustrata nella figura 2 per esempio ruotato di 90° e di 120°.

Il funzionamento del gruppo di iniezione 1 è il seguente .

La pompa di pre-alimentazione 3 invia il combustibile attraverso il condotto di mandata 8, all'ulteriore pompa di pre-alimentazione 13. Attraverso il condotto di uscita 35 della pompa di prealimentazione 13, il combustibile arriva in parallelo all'elettrovalvola di dosaggio 34, ed alla valvola a portata variabile 46 dalla quale parte del combustìbile è alimentato la vano interno 27 per lubrificare i componenti del meccanismo di azionamento 24. L'elettrovalvola 34 invia allora ai canali di aspirazione 28 della pompa di alta pressione 4 la dose di combustibile richiesta. Una parte del combustibile del condotto di uscita 35, attraverso il circuito di controllo idraulico 43 e l'apertura di ingresso 41, entra nel vano 27 per lubrificare e raffreddare il meccanismo di azionamento 24, inclusi gli accoppiamenti rotanti dell'albero 23 e quelli striscianti dei pistoni 19 sulle facce 33 dell'anello prismatico 32, nonché le guarnizioni tra l'albero 23 ed il corpo pompa 26.

Dal vano interno 27, il combustibile esce attraverso l'apertura di uscita 49, e viene scaricato nel condotto di scarico 12 attraverso il condotto di uscita 51, la strozzatura 52 ed il giunto 53. In tal modo, si garantisce che il vano interno 27 sia sempre pieno di lubrificante e riempia anche ogni piccola cavità di tale vano interno 27, evitando la formazione di bolle di vapore del combustibile e ogni corrosione dovuta a fenomeni di cavitazione. In caso di mandata zero della pompa di alta pressione 4, lo svuotamento del circuito di controllo idraulico 43 è garantita dalla circolazione del combustibile attraverso la strozzatura 58.

Da quanto visto sopra risultano evidenti i vantaggi del gruppo di iniezione 1 rispetto agli impianti della tecnica nota. Infatti, poiché la fabbricazione di serie del gruppo per diversi modelli di motori può richiedere un gran numero di combinazioni di tipi diversi di pompe di pre-alimentazione 3 e 13 e di alta pressione 4 con tipi diversi di unità di controllo di bassa pressione 15 e dei relativi componenti . In questo moto è possibile ottenere un elevato numero di combinazione selezionando un numero relativamente esiguo di singoli moduli. Con la fabbricazione del gruppo di iniezione 1 mediante moduli, non solo la fabbricazione, ma anche lo stoccaggio delle pompe, in genere la pompa di alta pressione 4, e delle unità di controllo 15 risultano molto semplificati.

Si intende che al gruppo di iniezione descritto possono essere apportate varie modifiche e perfezionamenti senza uscire dalle rivendicazioni. Innanzitutto, il blocco 59 può contenere solo parte dei componenti dell'unità di controllo 15 indicati in figura, ad esempio solo l'elettrovalvola 34, oppure l'elettrovalvola 34 ed il circuito di controllo idraulico 43 della lubrificazione. Inoltre, può essere eliminata la pompa di pre-alimentazione 13 e/o la strozzatura 58.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Gruppo di iniezione di combustibile per un motore a combustione interna, comprendente una pompa di pre-alimentazione {3; 13) atta ad inviare il combustibile ad una pompa di alta pressione (4), un collettore comune (5) atto a ricevere il combustibile della pompa ad alta pressione (4) per alimentare una serie di iniettori per il motore, ed un'unità di controllo di bassa pressione (15) atta a regolare la portata della pompa di alta pressione (4) in funzione del combustibile da iniettare; caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo di bassa pressione (15) è definita in un blocco (59) esterno alla pompa di alta pressione (4).
2. 2. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il blocco (59) è collegabile al motore indipendentemente dalla pompa di alta pressione (4).
3. 3. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto blocco (59) è connesso alla pompa di alta pressione (4) ed è montabile sul motore assieme a quest'ultima.
4. 4. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo di bassa pressione (15) comprende un'elettrovalvola di dosaggio (34) controllata da un'unità elettronica di controllo (36) secondo le condizioni operative del motore.
5. 5. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 4, in cui detta pompa di alta pressione (4) comprende almeno un pompante (17) atto ad essere azionato da un meccanismo di azionamento (24), caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo di bassa pressione (15) comprende un circuito di controllo idraulico (43) della pressione e della portata di una parte di combustibile inviato dalla pompa di pre-alimentazione (3; 13) allo scopo di lubrificare il meccanismo di azionamento (24).
6. 6. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che l'unità di controllo di bassa pressione (15) comprende un elemento di drenaggio (58) del combustibile dalla pompa di alta pressione (4) nel caso in cui l'elettrovalvola di regolazione (34) controlli una mandata nulla di detta pompa di alta pressione (4).
7. 7. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detto elemento di drenaggio comprende una strozzatura (58) collegata con un condotto di scarico (12) del combustibile in eccesso di detto gruppo.
8. 8. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 7, in cui la pompa ad alta pressione (4) comprende dei pompanti radiali (17), caratterizzato dal fatto che la strozzatura (58) è disposta su un condotto di scarico (58) in comunicazione con l'elettrovalvola (34).
9. 9. Gruppo di iniezione secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni in cui la pompa ad alta pressione presenta un corpo pompa (26) e la pompa di pre-alimentazione (13) presenta un ulteriore corpo pompa (62), caratterizzato dal fatto che il blocco (59) è fissato al corpo pompa (26).
10. 10. Gruppo di iniezione secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che il blocco (59) è serrato fra il corpo pompa (26) e l'ulteriore corpo pompa (62).