ITMI992600A1 - Procedimento per sfiatare un sistema di alimentazione del carburante - Google Patents

Description

Descrizione

Specialmente nei sistemi Common-Rail per motori Diesel carburante viene alimentato da un serbatoio del carburante tramite una pompa di prealimentazione e viene addotto ad una pompa ad alta pressione. La pompa ad alta pressione, abitualmente realizzata sotto forma di pompa a pistoni, comprime il carburante e lo invia ad un accumulatore (Rail). Gli iniettori prelevano carburante dall'accumulatore e lo iniettano nella camera di combustione del motore. La pressione del carburante viene regolata nell'accumulatore, in funzione del punto di funzionamento del motore, tramite un dispositivo valvolare, come per esempio una valvola regolatrice di pressione. La pompa ad alta pressione viene in proposito azionata attraverso un accoppiamento meccanico dal motore. Il numero di giri della pompa ad alta pressione è pertanto in funzione del numero di giri del motore. A motivo di questa dipendenza, la pompa ad alta pressione alimenta, a bassi numeri di giri del motore, quali quelli che si hanno all'avviamento, solo un flusso volumetrico molto modesto nell'accumulatore. Per un avviamento rapido del motore è tuttavia necessario che nell'accumulatore si produca velocemente un aumento della pressione. E' pertanto necessario che l'intero sistema sia completamente riempito con carburante e non contenga alcuna bolla d'aria o di gas. A causa del completo svuotamento del serbatoio del carburante, a causa di lavori di manutenzione sul sistema, oppure a causa di difetti di tenuta, aria può comunque entrare nel sistema, ciò che peggiora in modo determinante il comportamento all'avviamento. Necessario è pertanto un dispositivo di sfiato.

In taluni sistemi valvole di sfiato o strozzature vengono inserite, nella zona a bassa pressione, tra la pompa di pre-alimentazione e la pompa ad alta pressione. Si vuole con ciò fare sì che l'aria venga trasportata fuori dalla zona critica per effetto del riflusso e non possa pervenire nelle camere di compressione della pompa ad alta pressione. A motivo delle ristrette condizioni di spazio, la valvola di sfiato non può sempre essere piazzata nel punto ottimale, cosicché non ci si può opporre con sicurezza alla penetrazione di aria nelle unità di compressione della pompa ad alta pressione. Quando nelle camere dei cilindri è presente aria, la pompa ad alta pressione deve comprimere l'aria fino a che essa può essere trasportata in antagonismo alla pressione nell'accumulatore. A motivo dell'elevata comprimibilità dell'aria in confronto con il carburante, ciò è possibile solo senza contropressione nell'accumulatore. Dato che l'aria si raccoglie prefèribilmente in corrispondenza del punto più alto, può succedere che i cilindri inferiori della pompa alimentano carburante nell'accumulatore facendo qui aumentare la pressione, però nei cilindri superiori l'aria si ferma, cosicché la pompa ad alta pressione non può più alimentare completamente su tutti i cilindri. Dato che il dispositivo valvolare è abitualmente realizzato sotto forma di valvola a sede con precarico a molla, l'accumulatore non può essere realizzato a pressione atmosferica. L'aria penetrata perciò non può essere eliminata, quantomeno non completamente, dal sistema del carburante.

Dal brevetto d'invenzione americano US 5,454,359 è descritto un sistema atto allo sfiato continuo dell'accumulatore dell'olio di un sistema di iniezione del carburante azionato idraulicamente e gestito elettronicamente, nel quale aria racchiusa in un tubo deve essere eliminata e con ciò deve essere garantita un'elevata pressione costante dell'olio. Un'estremità del tubo si trova in corrispondenza di un passaggio dell'olio che da un accumulatore ad alta pressione porta al dispositivo di iniezione più anteriore di ciascuna fila del motore. L'altra estremità del tubo si trova all'interno di una zona superiore dell'accumulatore, nella direzione del dispositivo di iniezione, dove aria potrebbe essere racchiusa. Nel tubo sussiste perciò un flusso d'olio dalla zona dell'accumulatore che racchiude l'aria, laddove l'aria viene rapidamente convogliata verso l'esterno attraverso il dispositivo di iniezione.

Svantaggioso in questo noto sistema è il fatto che da un lato lo sfiato ha inizio solo un po' di tempo dopo l'avviamento del motore e pertanto l'operazione di avviamento, specialmente durante l'importante fase iniziale, non viene favorita oppure viene favorita in misura solo insufficiente, dato che l'inclusione di aria, che rende più difficoltosa l'operazione di avviamento, viene eliminata in maniera sufficiente solo con il progredire dell'operazione di avviamento. Dall'altro lato, il noto procedimento non è trasferibile senz'altro a sistemi che, in luogo di un azionamento idraulico, lavorano con una pressione del carburante più alta. Nel caso di questi sistemi è tanto più importante per un avviamento ineccepibile del motore un rapido aumento della pressione, il quale è possibile solo senza inclusione di aria. Oltre a ciò, nel caso del noto procedimento, sul sistema sono necessari supplementari provvedimenti costruttivi e pertanto onere supplementare.

Compito dell'invenzione è pertanto quello di indicare un procedimento per sfiatare un sistema di alimentazione del carburante, il quale non presenti i difetti citati.

Il compito viene risolto per effetto di un procedimento conforme alla rivendicazione 1. Configurazioni ed ulteriori aspetti dell'invenzione sono oggetto di rivendicazioni subordinate.

Nel caso del procedimento di cui all'invenzione non è sostanzialmente necessaria alcuna modificazione costruttiva del sistema di alimentazione del carburante. Specialmente in caso di dispositivi di controllo gestiti tramite programma è solamente necessaria una modificazione del rispettivo programma. Allo scopo, secondo l'invenzione, all'inizio dell'operazione di avviamento quantomeno uno stato di funzionamento del sistema di alimentazione del carburante viene controllato ed analizzato attraverso il dispositivo di controllo per verificare se aria si trova nel sistema di alimentazione del carburante. Se si riscontra aria, allora la valvola di commutazione del dispositivo di iniezione viene aperta attraverso il dispositivo di controllo per un determinato periodo di tempo, laddove accumulatore e ritorno sono collegati l'uno con l'altro ed aria può affluire al ritorno. La valvola di commutazione resta chiusa se non viene riscontrata alcuna aria. Durante l'operazione di avviamento quantomeno lo stato di funzionamento e/oppure quantomeno una grandezza caratteristica del sistema di alimentazione del carburante e/oppure del motore a combustione interna vengono controllati ed analizzati per verificare se nel sistema di alimentazione del carburante si trova ancora aria. Se non viene riscontrata alcuna aria, allora vengono avviate le normali operazioni di iniezione, necessarie per il funzionamento del motore, mentre in presenza di aria viene di nuovo azionata la valvola di commutazione per lo sfiato. Il procedimento di cui all'invenzione è quindi già completamente attivo in una fase molto precoce dell'operazione di avviamento e, nel caso di una corrispondente configurazione, può anche essere attivo poco prima dell'operazione di avviamento.

In proposito viene sfruttato il fatto che al basso numero di giri in avviamento la pompa fornisce una bassa portata. Nella linea di afflusso si crea in seguito a ciò, con valvola di commutazione aperta, solo una pressione dinamica molto bassa. Questa pressione dinamica non è tuttavia sufficiente per aprire il dispositivo di iniezione. L'intera portata della pompa, e con essa l'aria incorporata, può allora defluire verso il serbatoio del carburante attraverso alimentazione e scarico del dispositivo di iniezione.

Il procedimento di cui all'invenzione può in proposito essere adottato nel caso di iniettori tanto con valvola a 2/2 vie come anche con valvola a 3/2 vie. Affinché l'aria possa sfogare la valvola a 3/2 vie deve comunque essere continuamente aperta e chiusa durante la fase di sfiato. In alternativa, valvola di commutazione e sistema di pilotaggio possono essere realizzati in modo che sia possibile una corsa regolata. La valvola di commutazione può in questo caso essere portata, durante la fase di sfiato, in una posizione intermedia cosicché venga aperto un collegamento verso il ritorno, attraverso il quale possa allora sfogare l'aria.

L'invenzione viene in appresso illustrata più nel dettaglio in relazione agli esempi di realizzazione rappresentati nelle figure del disegno. Qui mostrano:

figura 1 una forma di realizzazione generica di un'usuale sistema di alimentazione del carburante,

figura 2 una rappresentazione dettagliata di uno degli iniettori in un sistema di alimentazione del carburante secondo la figura 1,

figura 3 il diagramma di svolgimento di un primo procedimento di sfiato conforme all'invenzione e

figura 4 un diagramma di svolgimento di un secondo procedimento di sfiato conforme all’invenzione .

Nella figura 1 è rappresentato un usuale sistema Common-Rail per motori Diesel, nel quale attraverso una pompa di pre-alimentazione 5 carburante viene alimentato da un serbatoio 2 del carburante ed addotto ad una pompa ad alta pressione 1. La pompa ad alta pressione 1, che abitualmente è realizzata sotto forma di pompa a pistoni, comprime il carburante e lo invia ad un accumulatore 3 (Rail) . Dispositivi di iniezione sotto forma di iniettori 4 prelevano carburante dall'accumulatore 3 e lo iniettano nelle camere di combustione di un motore 8 . La pressione del carburante nell 'accumulatore 3 viene regolata in dipendenza del punto di funzionamento del motore attraverso un dispositivo valvolare 6 (per esempio una valvola di mandata) . La pompa ad alta pressione 1 viene azionata dal motore 8 attraverso un collegamento meccanico non rappresentato nel disegno. La gestione degli iniettori 4 nonché del dispositivo valvolare 6 ha luogo tramite un dispositivo di controllo 9, il quale oltre a ciò rileva ed analizza situazioni di funzionamento nel motore 8 nonché nell'accumulatore 3 . Dagli iniettori 4 infine un ritorno 7 del carburante riporta al serbatoio 2 del carburante.

Uno degli iniettori 4 è rappresentato in modo dettagliato nella figura 2, laddove la modalità di funzionamento viene spiegata solo in via di principio. In proposto possono trovare impiego nella stessa maniera le più diverse esecuzioni di iniettore. L'iniettore 4 di cui alla figura 1 contempla per esempio una valvola di commutazione 10 azionabile elettricamente attraverso il dispositivo di controllo 9, uno strozzamento 11 in una linea di afflusso 18, uno strozzamento 12 in una linea di deflusso 17 ed una molla di chiusura 13 che mantiene chiuso uno spillo 14 dell'ugello nella situazione di pressione assente. Durante il funzionamento del motore 8 nello spazio 15 tra molla di chiusura 13 e spillo 14 dell'ugello, nonché nello spazio 16 che abbraccia lo spillo 14 dell'ugello si ha la pressione che regna nell'accumulatore 3. L'ugello è chiuso a motivo della differenza di superficie delle aree investite dalla pressione sullo spillo 14 dell'ugello. Per dare inizio ad un'iniezione viene attivata la valvola di commutazione 10 che libera allora il percorso verso il serbatoio 2 del carburante, per cui nello spazio 15 può instaurarsi una pressione attraverso lo strozzamento di deflusso 12. Dato che lo strozzamento di afflusso 11 ha un diametro molto piccolo, sul lato inferiore dell'ugello regna una pressione più grande rispetto a quella sul lato superiore dell'ugello. Per effetto di questa differenza di pressione, l'ugello si apre e carburante viene iniettato nella camera di combustione del motore 8. Per chiudere l'ugello viene chiusa la valvola di commutazione 10. Ora nello spazio 15 può instaurarsi una pressione che, a motivo della differenza di superficie e del supporto della molla, chiude di nuovo lo spillo 14 dell 'ugello.

Dato che al basso numero di giri di avviamento la pompa ad alta pressione 1 fornisce una bassa portata, in corrispondenza dello strozzamento di afflusso il si instaura, con valvola di commutazione 10 aperta, solo una pressione dinamica molto bassa. Questa pressione dinamica non è sufficiente per aprire l'ugello. L'intero flusso alimentato dalla pompa ad alta pressione 1 può defluire nel serbatoio 2 del carburante attraverso lo strozzamento 11 nella linea di afflusso 18 e lo strozzamento 12 nella linea di deflusso 17, passando per la valvola di commutazione 10 e per il ritorno 7 del carburante.

Nel procedimento di cui all'invenzione viene sfruttato questo comportamento per portare nel ritorno l'aria proveniente dalla camera di compressione della pompa ad alta pressione 1 oppure dell'accumulatore 3. Se ad opera dell'apparecchio di comando 9 nel sistema viene scoperta un'inclusione di aria, la valvola di commutazione 10 di uno o più iniettori 4 può allora essere aperta per un tempo determinato, cosicché l'aria racchiusa può sfogare nel ritorno 17 del carburante. Se poi il sistema non è ancora completamente liberato dall'aria, l'operazione può essere ripetuta. Un'inclusione di aria nel sistema può a titolo di esempio essere riconosciuta attraverso l'analisi dell'indicatore di livello del carburante, la comparazione tra il tempo abituale/possibile ed il tempo effettivamente impiegato per l'instaurarsi della pressione all'avviamento, oppure attraverso l'analisi di pendolazioni della pressione nell'accumulatore 3.

Nel caso dell'esempio di realizzazione di cui alla figura 3 viene utilizzata, in qualità di valvola di commutazione 10, una valvola a 2/2 vie. L'operazione di sfiato viene in proposito effettuata attraverso il dispositivo di controllo 9 corrispondentemente ai passi del procedimento elencati in appresso.

Per prima cosa, all'avviamento del motore 8 (passo 19 del procedimento) viene controllato il funzionamento del sistema (passo 20 del procedimento) , laddove a titolo di esempio viene rilavata aria nel sistema, in proposito, nel caso dell'esempio di realizzazione, viene controllato l'indicatore di livello del carburante, il tempo usuale viene comparato con il tempo effettivamente richiesto per l'instaurarsi della pressione all'avviamento, nonché vengono analizzate pendolazioni della pressione nell'accumulatore. Se si riscontra {passo 21 del procedimento) che nel sistema non è presente alcuna aria, allora si passa al normale modo di funzionamento (passo 25 del procedimento) , vale a dire che il motore si accende nel modo abituale, laddove carburante viene iniettato in modo mirato nel motore 8 attraverso gli iniettori 4.

Se viene invece riscontrata aria (passo 21 del procedimento) , allora la valvola di commutazione apre quantomeno uno degli iniettori per un tempo predeterminato, a titolo di esempio costante (passo 22 del procedimento). Di seguito vengono di nuovo controllate ed analizzate le citate funzioni del sistema ed altre grandezze supplementari, come per esempio il numero di giri del motore riflettente la messa in moto del motore 8 (passo 23 del procedimento) . Se il funzionamento del sistema fa capire (passo 24 del procedimento) che nel sistema non si trova (più) alcuna aria, allora si passa di nuovo al funzionamento normale (passo 25 del procedimento) . Se viene invece riscontrata aria (passo 24 del procedimento), allora i passi 22 fino a 24 del procedimento vengono eseguiti di nuovo e più precisamente fino a che aria non viene più riscontrata ed il sistema passa al funzionamento normale (passo 25 del procedimento).

Il procedimento descritto nella figura 3 può essere adottato nella stessa maniera anche in combinazione con un iniettore presentante una valvola a 3/2 vie. La tipologia costruttiva della valvola a 3/2 vie deve tuttavia in proposito consentire una corsa regolata in modo tale che la valvola di commutazione 10 possa essere portata in una posizione intermedia e così possa essere aperto un collegamento verso il ritorno 7 del carburante, attraverso il quale allora può sfogare l'aria. Oltre a ciò, tanto nelle valvole a 2/2 vie come anche nelle valvole a 3/2 vie, in luogo di un tempo costante nel quale gli iniettori 4 sono commutati "su sfiatare", può essere anche preso come base un tempo adattativo, laddove l'intervallo di tempo può essere per esempio definito dalla quantità d'aria riscontrata. In questo caso, da parte del dispositivo di controllo non viene allora di per se riscontrata solo un'inclusione d'aria, bensì anche l'entità di questa.

L'esempio di realizzazione secondo la figura 4 è modificato rispetto all'esempio di realizzazione secondo la figura 3 in quanto che, in luogo dell'apertura della valvola di commutazione 10 di uno o più iniettori 4 per un tempo costante, la rispettiva valvola di commutazione 10 viene alternativamente aperta e chiusa, e più precisamente per esempio per un tempo adeguabile in funzione delle grandezze di funzionamento (passo 22' del procedimento in luogo del passo 22 del procedimento) . Oltre a ciò, nel caso dell'esempio dì realizzazione di cui alla figura 4, rispetto alla figura 3, in un passo 20' del procedimento, che sostituisce il passo 20 del procedimento, viene in aggiunta controllata ed analizzata anche l'operazione di avviamento del motore 8. La modifica citata per prima è in proposito vantaggiosa specialmente in combinazione con qualsiasi tipo di valvole a 3/2 vie.

Per mezzo del procedimento di cui all'invenzione, senza onere supplementare, aria può quindi essere eliminata dalla zona ad alta pressione di a titolo di esempio un sistema Common-Rail, come anche dalle unità di compressione della pompa ad alta pressione oppure dal Rail. In proposito si rendono vantaggiosamente superflue valvole di sfiato anche nella zona a bassa pressione della pompa ad alta pressione, dato che in occasione dell'apertura di una valvola di commutazione nell'iniettore l'aria perviene dalla zona di bassa pressione della pompa ad alta pressione nella zona di alta pressione e da qui, attraverso il Rail, nel ritorno. Oltre a ciò, nonostante la migliorata funzionalità, può essere ridotto l'onere costruttivo, per esempio per effetto dell'omissione di una valvola di sfiato nella zona di alta pressione.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1.- Procedimento per sfiatare un sistema di alimentazione del carburante in occasione dell'avviamento di un motore a combustione interna (8), laddove il sistema di alimentazione del carburante presenta una pompa di mandata (10), un accumulatore (3) che a questa segue, un dispositivo di iniezione (4) con valvola di commutazione (10) qui connesso, laddove la valvola di commutazione (10) è attivabile per dare inizio ad un'iniezione, laddove il dispositivo di iniezione (4) è collegabile con un ritorno (19) attraverso la valvola di commutazione (10), e presenta un dispositivo di controllo (9) che controlla una situazione di funzionamento del sistema di alimentazione del carburante e pilota il dispositivo di iniezione (4), comprendente i passi del procedimento: all'inizio dell'operazione di avviamento, attraverso il dispositivo di controllo (9), quantomeno la situazione di funzionamento e/oppure quantomeno una grandezza caratteristica del sistema di alimentazione del carburante (1, 3) e/oppure del motore a combustione interna (8) vengono controllati ed analizzati per verificare se aria si trova nel sistema di alimentazione del carburante (1, 3),· la valvola di commutazione (10) viene aperta attraverso il dispositivo di controllo (9) per un tempo determinato, collegando l'accumulatore (3) ed il ritorno (19), quando viene riscontrata aria. 2.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dopo il flussaggio, se non viene riscontrata alcuna aria, viene attivato attraverso il dispositivo di controllo (9) il dispositivo di iniezione (4) per iniettare carburante . 3.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, nel quale il tempo determinato è costante. 4.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, nel quale il tempo determinato è adattativo. 5.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 4, nel quale, ai fini dello sfiato, la valvola di commutazione (10) viene alternativamente aperta e chiusa in modo continuo durante lo sfiato per il tempo determinato. 6.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 4, nel quale la corsa della valvola di commutazione (10) è regolabile e la valvola di commutazione (10) viene portata attraverso il dispositivo di controllo (8) in una posizione intermedia tale, per cui l'aria può sfogare attraverso il ritorno. 7.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni che precedono, nel quale per controllare la situazione di funzionamento viene analizzato l'indicatore di livello del carburante. 8.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni che precedono, nel quale, per controllare la situazione di funzionamento del sistema di alimentazione del carburante (1, 3) e/oppure del motore a combustione interna (8), viene analizzato con un tempo di comparazione il tempo per instaurare la pressione all'avviamento del motore a combustione interna (8). 9 .- Procedimento secondo una delle rivendicazioni che precedono, nel quale per controllare lo stato di funzionamento del sistema di alimentazione del carburante (1, 3) vengono analizzate pendolazioni della pressione nell'accumulatore (3). 10.- Dispositivo per sfiatare un sistema di alimentazione del carburante in occasione dell'avviamento di un motore a combustione interna (8), laddove il sistema di alimentazione del carburante presenta una pompa di mandata (1), un accumulatore (3) che segue a questa, un dispositivo di iniezione (4) con valvola di commutazione (10) qui connesso, laddove la valvola di commutazione (10) è attivabile per dare inizio ad un'iniezione, e presenta un dispositivo di controllo (9) che controlla uno stato di funzionamento del sistema di alimentazione del .carburante, pilota il dispositivo di iniezione (4) e, all'inizio dell'operazione di avviamento, controlla ed analizza quantomeno lo stato di funzionamento e/oppure quantomeno una grandezza caratteristica del sistema di alimentazione del carburante (1, 3) e/oppure del motore a combustione interna (8) per verificare se aria si trova nel sistema di alimentazione del carburante (1, 3); laddove il dispositivo di controllo apre per un tempo di durata determinata la valvola di commutazione (10) ed in proposito collega l'accumulatore (3) con il ritorno (10) quando viene riscontrata aria.