ITRM20000188A1 - Iniettore per motori a combustione interna, preferibilmente motori diesel. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Iniettore per motori a combustione interna, preferibilmente motori diesel",

L'invenzione riguarda un iniettore per motori a combustione interna, di preferenza motori diesel, secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Motori a combustione interna, in particolare motori diesel, richiedono per una preparazione sicura e pulita della miscela del combustibile nella camera di combustione una operazione di iniezione, che consiste di una pluralità di singole iniezioni. Le operazioni di iniezione si dividono in una iniezione preliminare e in una iniezione principale del carburante. Per generare la quantità di iniezione preliminare viene usata una unità di regolazione, che richiede un notevole dispendio nel sistema elettronico di azionamento e composta perdite energetiche. Per la produzione della quantità di iniezione preliminare viene spesso usata una nebulizzazione, la quale non è però pienamente utilizzabile in tutti i punti di esercizio. Ciò è dovuto al fatto che i tempi di commutazione del sistema idraulico di azionamento per piccole quantità di iniezione sono troppo lunghi a causa della struttura degli elementi di comando e pertanto una piccola quantità di iniezione può essere ottenuta solo con un notevole dispendio tecnico di regolazione.

Il compito dell'invenzione è quello di realizzare l'iniettore del tipo in questione in maniera tale che con una semplice struttura costruttiva e con un solo piccolo dispendio tecnico di regolazione si possa produrre una piccola quantità di iniezione preliminare, senza che l'andamento della pressione dell'iniezione principale e quindi la quantità della stessa vengano influenzati in modo sfavorevole.

Questo compito viene risolto per l'iniettore del tipo in questione secondo l'invenzione con le caratteristiche indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Con l'iniettore secondo l'invenzione la quantità volumetrica da alimentare, in particolare la quantità di iniezione pilota, viene ridotta al minimo mediante l'accumulatore, con un tempo di inserimento minimo della valvola di controllo. L'andamento della pressione dell'iniezione principale e quindi la quantità di iniezione principale non vengono in tale maniera influenzati in modo svantaggioso.

Altre caratteristiche dell'invenzione risultano dalle altre rivendicazioni, dalla descrizione e dai disegni .

L'invenzione verrà ora descritta più da vicino con riferimento ad un esempio di realizzazione illustrato nei disegni, in cui:

la figura 1 mostra in sezione assiale un iniettore secondo l'invenzione;

la figura 2 rappresenta un particolare in scala ingrandita e in sezione assiale;

le figure da 3a a 3c mostrano diverse linee caratteristiche dell'iniettore secondo l'invenzione; la figura 4 rappresenta una linea caratteristica di pressione in funzione di tempo dell'iniettore secondo l 'invenzione .

L'iniettore viene usato in autoveicoli e serve per alimentare il combustibile ad un motore a combustione interna, in particolare ad un motore diesel. L'iniettore presenta un pistone di comando 4, che è sistemato in un involucro 2. L'adduzione del mezzo di pressione verso il pistone di comando 1 avviene attraverso una valvola di azionamento 3, conformata quale valvola di commutazione, che è connessa ad una unità di controllo 4. La valvola di azionamento 3 è collocata sull'involucro 2 e penetra con un aggetto 5 di un corpo di valvola 6 in una incavatura frontale 7 dell'involucro 2. Nella parete esterna dell'aggetto 5 è sistemata almeno una guarnizione di tenuta anulare 8, che isola ermeticamente l'aggetto 5 rispetto all'involucro 2. Nell'aggetto 5 è prevista una camera anulare 6, che è collegata operativamente con raccordi di lavoro A, B della valvola di azionamento 3. La valvola di azionamento 3 viene regolata e sorvegliata con l'unità di controllo 4. Con essa possono essere alimentati con la corrente elettrica le bobine 10, 11 della valvola di azionamento 3, attraverso la quale un pistone 12 della valvola di azionamento 3, conformato quale indotto, può essere spostato in direzione desiderata. Il pistone 12 è spostabile assialmente tra due battute frontali 13 e 14, che sono disposte nei lati frontali del corpo di valvola 6.

Quando la valvola di azionamento 3 è chiusa, il pistone di comando 1 si trova sotto la forza di una molla di pressione 15 sull'aggetto 5 del corpo di valvola. Il pistone di comando 1 è illustrato nella sua posizione spostata mediante la molla 15, in cui un corpo di valvola 16 di una valvola di iniezione 16 chiude aperture a ugello 18, attraverso le quali il combustibile viene alimentato nella camera di combustione (non illustrata) del motore a combustione interna.

Il pistone di comando 1 presenta una superficie 19, che viene sollecitata con la pressione p1 del sistema. Nella superficie 19 del pistone si trova una incavatura centrale 20 (figura 2). Nella posizione iniziale il pistone di comando 1 si poggia quindi, con una superficie anulare circondante l'incavatura 20, sull'aggetto 5 del corpo di valvola 6.

Sul lato opposto, il pistone di comando 1 è munito di un'altra incavatura 21, che ha una profondità sostanzialmente maggiore dell'incavatura opposta 20. Sul fondo 22 dell'incavatura 21 si poggia un pistone di moltiplicazione di pressione 23. Esso presenta una sezione trasversale minore di quella del pistone di comando 1 e penetra in un foro di comando 24 dell'involucro 2. Mediante il detto pistone 23 la pressione p1 del sistema viene moltiplicata in una pressione maggiore P2, che agisce sulla valvola di iniezione 17.

La molla di pressione 15 si poggia sul lato inferiore di un collare frontale 25 del pistone di moltiplicazione di pressione 23 e con la sua altra estremità si poggia (figura 1) sul fondo 26 di una camera di accoglimento 27 dell'involucro 2, che contiene il pistone di comando 1.

Durante il funzionamento del motore a combustione interna, attraverso l'unità di controllo 4 il pistone 12 della valvola di azionamento 3 viene spostato in maniera da mettere sotto pressione il mezzo idraulico, che viene addotto attraverso un condotto di alimentazione 28 nel corpo di valvola 6. Il mezzo idraulico perviene nella camera anulare 9 e agisce con la pressione p1 del sistema sulla superficie 19 del pistone di comando 1. L'incavatura 21, giacente di fronte alla superficie 19 del pistone, viene scaricata dalla pressione e si trova in collegamento con l'ambiente atmosferico attraverso un foro 29 attraversante l'involucro 2. In tale maniera il pistone di comando 1 può essere spostato contro la forza della molla 15. Il pistone di moltiplicazione di pressione 23, disposto sul fondo 22 dell'incavatura, viene in tale maniera ugualmente spostato, per cui il carburante,che si trova nel foro 24,-viene spinto in un foro 31 attraverso una piastra di distribuzione 30 disposta in modo stazionario. Essa è prevista in un aggetto 32, che è accolto da una boccola filettata 33. Essa viene avvitato sull'involucro 2 e accoglie la valvola di iniezione 17, sporgente dalla boccola filettata 33. La piastra di distribuzione 30 è serrata a mezzo della boccola filettata 33 tra l'inserto 32 e l'involucro 2. Essa impegna dal basso l'inserto 32, per cui durante l'avvitamento della boccola filettata 33 l'inserto 32 viene premuto in direzione verso l'involucro 2.

Il foro di alimentazione 33 si estende dalla piastra di distribuzione 30 attraverso l'inserto 32 fino ad una camera di iniezione 34, che è prevista nell'inserto 32 ed è attraversata dal corpo di valvola 16. Alla camera di iniezione 34 si unisce un foro assiale 35, che si estende verso le aperture a ugello 18 e che presenta un diametro maggiore di quello della parte in esso penetrante del corpo di valvola 16. Essa penetra in una camera di accoglimento centrale 36 dell'inserto 32, che è chiusa sul lato opposto mediante la piastra di distribuzione 30. Su di essa si poggia una delle estremità di una molla di pressione 37, la quale si poggia con la sua altra estremità su un collare 38, che è previsto sull'estremità del corpo di valvola 16, giacente nella camera di accoglimento 36 e presenta un risalto centrale per il centraggio della molla di pressione elicoidale 37. Il corpo di valvola 16 è guidato assialmente con un settore ispessito 40 nella valvola di iniezione 17 e penetra con questo settore 40 nella camera di iniezione 34. Entro la camera di iniezione 34 il settore ispessito 40 si unisce con un settore terminale più sottile 41.

Mediante il carburante, che perviene attraverso il foro 31 alla camera di iniezione 34, il settore 40 del corpo di valvola viene sollecitato a pressione, per cui il corpo di valvola 16 viene spinto all'indietro contro la forza della molla di pressione 37. Le aperture a ugello 18 vengono in questo modo, liberate dal corpo di valvola 16, per cui il combustibile può entrare nella camera di combustione. Dopo l’operazione di iniezione, il pistone 12 viene spostato mediante l'azionamento della valvola 3 attraverso l'unità di controllo 4 in maniera tale da scaricare la camera anulare 9 verso il serbatoio.

Una valvola di non ritorno 42, prevista nella piastra di distribuzione 30, viene aperta, nella corsa di ritorno dei pistoni 1, 23, mediante la formazione di una depressione, per cui attraverso un foro 43 nella boccola filettata 33 e un foro 44 dell'inserto 32, che si unisce ad esso, il combustibile viene aspirato da un contenitore (non illustrato). Il combustibile perviene attraverso la piastra di distribuzione 30 nel foro 24, per cui esso viene alimentato, durante la successiva corsa del pistone di moltiplicazione 23, nella maniera descritta verso le aperture a ugello 18. Il foro 44 sbocca ugualmente nella camera di accoglimento 36 dell'inserto 32.

Negli odierni motori a combustione interna, in particolare nei motori diesel, l'operazione di iniezione avviene mediante una pluralità di singole iniezioni, per garantire una preparazione sicura e pulita della miscela nella camera di combustione. Le operazioni di iniezione si suddividono in una iniezione preliminare (pilota) e una iniezione principale della quantità di combustibile. Nel dispositivo di iniezione descritto, la quantità di combustibile da alimentare, in particolare la quantità di iniezione pilota, viene ridotta al minimo con un minimo tempo di inserimento della valvola di controllo 3. A tal fine nella zona a bassa pressione è previsto un accumulatore 62, che non influenza o non influenza sostanzialmente l'andamento della pressione dell'iniezione principale e quindi la quantità di iniezione principale. L'accumulatore 62 può consistere ad esempio di un accumulatore a pistone, di un accumulatore a membrana o di un accumulatore a soffietto. Il volume di accumulo di questo accumulatore può essere variato ad esempio mediante una vite di regolazione. L'accumulatore 62 è sistemato, nell'esempio di realizzazione illustrato, nel pistone di comando 1 e presenta una valvola di immissione 45 (figura 2) e una strozzatura 46. La valvola di immissione 45 è realizzata nell'esempio illustrato quale valvola a sfera, ma può essere ad esempio anche una valvola a piastra. La valvola di immissione 45 presenta una sfera 47 che si trova sotto la forza di una molla di pressione 48 che si poggia su un anello 49. La valvola di immissione 45 e la strozzatura 46 si trovano in una piastra di chiusura 50, che è fissata, di preferenza saldata in una camera di accoglimento 51 del pistone di comando 1. La sezione trasversale della camera di accoglimento 51 è minore della sezione trasversale dell'incavatura 20, che viene limitata assialmente dalla piastra di chiusura 50. La valvola di immissione 45 si trova in un foro attraversante assialmente ed eccentricamente la piastra di chiusura 50. L'anello 49 può essere un anello filettato, che viene avvitato nel lato frontale del lato di chiusura 50, che si trova di fronte alla incavatura 20.

Sul lato della piastra di chiusura 50, opposto rispetto all'incavatura 20, si poggia con un listello anulare sporgente assialmente 53 un pistone 54 sotto la forza di una molla di pressione elicoidale 55.

Essa si poggia sul fondo 56 della camera di accoglimento 51 nonché sul fondo 56 di una incavatura centrale 58, che è prevista sul lato frontale 59 del pistone 54, opposto al listello anulare 53. Il diametro esterno del listello anulare 53 è minore del diametro della camera di accoglimento 51. Grazie al listello anulare 53, tra la piastra di chiusura 50 e il pistone 54 viene formata una camera di accumulo 60, che è collegata attraverso la valvola di immissione 45 e la strozzatura 46 con la incavatura 20 nella zona a bassa pressione.

La camera di accoglimento 51 è collegata,attraverso almeno un foro di scarico 61,con l'incavatura 21 del pistone di comando 1 e attraverso il foro di scarico 29,con l'ambiente atmosferico.

L'accumulatore 62, descritto con riferimento alla figura 2, è previsto tra la valvola di azionamento 3 e il pistone di moltiplicazione di pressione 23. Mediante una operazione di commutazione della valvola di azionamento 3, avviata dall'unità di controllo 4, la pressione p1 del sistema viene moltiplicata nel modo descritto mediante il pistone di moltiplicazione di pressione 23 ad una pressione superiore ρ1 . Nell'incavatura 20, che è collegata con la camera anulare 9, regna la pressione p1 del sistema. Alla sollecitazione a pressione, il pistone di comando 1 viene spostato contro la forza della molla di pressione 15, per cui l'operazione di iniezione viene avviata nella maniera precedentemente descritta.

La forza della molla di pressione 48, che sollecita la sfera 47 della valvola, è minore della pressione P1 del sistema, per cui allo spostamento del pistone di comando 1 la valvola di immissione 45 viene aperta, in basso nella figura 1. In tale maniera, una parte del mezzo idraulico può pervenire attraverso il foro 52, ora aperto, alla camera di accumulo 60. Il pistone 54 viene quindi sollecitato ugualmente con la pressione p1 del sistema, per cui esso viene spostato contro la forza ella molla 55, per cui il volume della camera di accumulo 60 viene corrispondentemente aumentato.

Al termine dell’operazione di iniezione, la pressione nella camera anulare 9 e quindi nell'incavatura 20, con essa collegata, decresce. La molla di pressione 15 è congegnata in maniera da spostare, attraverso il pistone di moltiplicazione di pressione 23, il pistone di comando 1 di nuovo in alto in direzione verso la posizione di appoggio, illustrata nella figura 1. Nella corsa di ritorno, nella cavità 20 nonché nella camera anulare 9 viene generata una pressione, che agisce sulla valvola di immissione 45 e la tiene aperta. In tale maniera il pistone di accumulo 54 viene mantenuto nella sua posizione operativa. Questa contropressione, agente sul pistone 54, può essere generata anche mediante una strozzatura nel tratto di ritorno al serbatoio della valvola di controllo 3. Scendendo al di sotto di una pressione, determinata dalla molla 55, l'accumulatore inizia a svuotarsi. Attraverso la strozzatura 46 il volume dell'accumulatore può lentamente scaricarsi. La molla 55 e la strozzatura 46 possono essere sintonizzati tra di loro in maniera tale da poter regolare un andamento di pressione predeterminato nella camera a bassa pressione 20. Questo andamento di pressione viene regolato in maniera da mantenere il pistone 54 nella sua posizione in modo da non ridurre il volume nella camera di accumulo 60. Durante una successiva iniezione principale, il volume di accumulo non viene usato per cui si può alimentare con la piena pressione e quindi l'intera quantità di iniezione principale.

Affinché le successive iniezioni non vengano influenzate negativamente dall'accumulatore 62, il sistema è congegnato in modo tale che il tempo di svuotamento dell'accumulatore sia sempre più breve del più corto intervallo tra le due iniezioni.

La figura 4 mostra l'andamento della pressione in funzione di tempo durante una operazione di iniezione. Si può chiaramente rilevare che durante ogni operazione di iniezione dapprima ha luogo una iniezione preliminare/pilota e successivamente una iniezione principale. La pressione massima durante l'iniezione pilota è minore rispetto all'iniezione principale. Con il tempo t1 è indicato il tempo di svuotamento dell'accumulatore, quando esso viene svuotato alla posizione illustrata nella figura 1, nella corsa di ritorno del pistone di comando 1. Questo tempo di svuotamento t1 dell'accumulatore deve in ogni caso essere più breve dell'intervallo di tempo t2 tra due iniezioni successive.

Mediante l'accumulatore 652 si ottiene che per l'iniezione pilota nell'accumulatore viene alimentato un volume in eccesso, che agisce come un elemento a tempo.

La figura 3c mostra l'andamento di iniezione in un diagramma di portata in funzione di tempo. Dapprima per l'iniezione pilota è necessario un piccolo volume. Successivamente ha luogo l'alimentazione del volume grande, necessaria per l'iniezione principale. Grazie all'accumulatore 62 viene ridotto il volume necessario per l'iniezione pilota. Questa riduzione del volume è indicata nella figura 3c mediante la zona a tratteggio.

La figura 3b mostra il rispettivo andamento di pressione nella camera a bassa pressione, mentre la figura 3a mostra i rispettivi segnali di comando dell'unità di controllo 4. La figura 3b mostra l'andamento di pressione nella bassa pressione con la riduzione della pressione nonché con l'andamento della pressione in funzione di tempo durante l'iniezione pilota e l'iniezione principale. Per avviare l'iniezione pilota, dall'unità di controllo 4 viene emesso un segnale alto, per cui in modo descritto il mezzo idraulico può pervenire attraverso la valvola di azionamento 3 attraverso i pistoni 1, 23. Dopo un intervallo di tempo prestabilito, l'unità di controllo 4 emette un segnale basso, per cui viene terminata l'iniezione pilota. La pressione decresce in modo corrispondente, fino a che dopo un altro intervallo di tempo t, l'unità di controllo 4 non emette di nuovo un segnale alto, per effettuare l'iniezione principale. Per interrompere l'iniezione principale, il segnale viene di nuovo messo su basso, per cui la valvola di azionamento 3 può essere commutata in maniera da riportare, nel modo descritto, i pistoni 1, 23 alla posizione iniziale illustrata nella figura 1.

La riduzione al minimo del volume a mezzo dell'accumulatore 62 può essere effettuata anche, con una appropriato scelta della molla 55 in maniera da poter rinunciare alla valvola di immissione 45.

La durata di alimentazione del volume dell'accumulatore deve essere mantenuta per l'intera durata di alimentazione per l'operazione di iniezione. Mediante un segnale di azionamento più lungo a mezzo dell'unità di comando 4 ogni volume può essere variato. Se il volume dell 'accumulatore dovesse essere scelto maggiore del minimo volume dell'alimentazione, allora si può alimentare un qualsiasi volume a partire da zero.

Se la forza della molla 55 viene scelta maggiore della forza di apertura del corpo di valvola 16, allora fino al completo riempimento dell'accumulatore 62 si può iniettare un volume ridotto.

Con il dispositivo descritto si può ottenere una delimitazione della quantità di iniezione, che presenta rispetto ai procedimenti convenzionali per la riduzione della quantità di iniezione pilota, il vantaggio energetico che durante due operazioni di iniezione susseguentisi si verifica una sola volta una perdita di potenza, che presenta una attenuazione in ogni operazione di iniezione.

Mediante la delimitazione della quantità di iniezione viene resa possibile una variazione del volume della quantità di iniezione pilota. Essa si estende, a seconda del dimensionamento dell'accumulatore 62, da un volume di entrata idraulico, predeterminato in tempo e un volume iniziale ridotto, senza influenzare negativamente la successiva iniezione principale. Il volume dell'accumulatore può essere fisso, però anche variabile. Pertanto nella camera di accumulo 60 si possono accogliere quantità differenti di un mezzo idraulico. Il dispositivo descritto può essere disposto entro l'iniettore, come illustrato nell'esempio di realizzazione. Tuttavia è anche possibile prevederlo esternamente all'iniettore.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Iniettore per motori a combustione interna, in particolare motori diesel, con almeno una valvola di azionamento, con la quale un pistone di comando è spostabile mediante un mezzo di pressione, per alimentare il combustibile attraverso almeno un condotto di alimentazione in direzione verso una camera di combustione del motore a combustione interna, caratterizzato dal fatto che nel percorso di flusso del mezzo di pressione è previsto un accumulatore (62) per il mezzo di pressione, che è disposto nel pistone di comando (1).
2. 2. Iniettore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore (62) presenta un pistone (54) precaricato.
3. 3. Iniettore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il pistone (54) dell'accumulatore è sistemato in modo spostabile nel pistone di comando (1).
4. 4. Iniettore secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il pistone (54) dell'accumulatore è spostabile contro la forza di una molla.
5. 5. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore (62) presenta una piastra di chiusura (50), la quale insieme con il pistone (54) delimita una camera di accumulo - (60).
6. 6. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che la camera di accumulo (60) è collegata con il condotto di alimentazione (28) del mezzo di pressione attraverso almeno una strozzatura (46).
7. 7. Iniettore secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la strozzatura (46) è sistemata nella piastra di chiusura (50).
8. 8. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzato dal fatto che la camera di accumulo (60) è collegata attraverso almeno una valvola di immissione (45), che si apre verso la camera di accumulo, con il condotto di alimentazione (28) del mezzo di pressione.
9. 9. Iniettore secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che la valvola di immissione (45) è prevista nella piastra di chiusura (50).
10. 10. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 5 a 9, caratterizzato dal fatto che la piastra di chiusura (50) è fissata nel pistone di comando (1).
11. 11. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 2 a 10, caratterizzato dal fatto che il pistone di accumulo (54) è appoggiabile con un listello anulare (53) sul pistone di comando (1).
12. 12. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, caratterizzato dal fatto che la pressione agente sul volume dell’accumulatore è regolabile.
13. 13. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 12, caratterizzato dal fatto che la valvola di controllo (3) è connessa ad una unità di regolazione (4).
14. 14. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, caratterizzato dal fatto che una camera (51) nel pistone di comando (1), che accoglie il pistone di accumulo (54), viene scaricata verso l'ambiente atmosferico.
15. 15. Iniettore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 14, caratterizzato dal fatto che il pistone di comando (1) agisce su un pistone di moltiplicazione di pressione (23).
16. 16. Iniettore secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che il pistone di moltiplicazione di pressione (23) alimenta il combustibile in direzione verso le aperture a ugello (18).
17. 17. Iniettore secondo la rivendicazione 15 o 16, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore (62) è disposto sul lato del pistone di comando (1), che è opposto rispetto al pistone di moltiplicazione di pressione (23) .