ITRM990621A1

ITRM990621A1 - Stadio di pressione per regolare la quantita' di carburante preiniezione in motori a combustione interna, in particolare in motori diesel.

Info

Publication number: ITRM990621A1
Application number: IT1999RM000621A
Authority: IT
Inventors: Bernd Niethammer; Martin Lenk; Steffen Martin
Original assignee: Hydraulik Ring Gmbh
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-10-11
Publication date: 2001-04-11
Also published as: DE19848904A1; IT1308328B1; US6279543B1; ITRM990621A0

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Stadio di pressione per regolare la quantità di carburante di preiniezione in motori a combustione interna, in particolare in motori diesel".

L'invenzione riguarda uno stadio di pressione per la regolazione di una quantità di preiniezione di carburante in motori a combustione interna, di preferenza in motori diesel, secondo il preambolo della rivendicazione 1.

I moderni motori a combustione interna, in particolare motori diesel, richiedono, per la sicura e corretta preparazione della miscela nella camera di combustione ,una operazione di iniezione, consistente di una pluralità di singole iniezioni. Queste operazioni di iniezione si dividono in una preiniezione e una iniezione principale della quantità di combustibile. La produzione della quantità di preiniezione viene ottenuta mediante un dispositivo di regolazione, che richiede un dispendio elevato nei sistemi elettronici di comando ed è soggetto a perdite energetiche. Per la produzione della quantità di preiniezione si ricorre spesso ad una smorzatura, la quale non è però utilizzabile in modo completo in tutti i punti di esercizio. Ciò è dovuto al fatto che i tempi di commutazione del sistema di azionamento idraulico per piccole quantità di iniezione sono eccessivi a causa della disposizione degli elementi di comando e di conseguenza una piccola quantità di preiniezione può essere prodotto con un notevole dispendio.

Il compito dell'invenzione è quello di realizzare lo stadio di pressione del tipo in questione,in maniera tale che senza un elevato dispendio di regolazione possa essere prodotta una quantità di preiniezione di carburante in tutti i punti di esercizio.

Questo compito viene risolto nello stadio di pressione del tipo in questione mediante le caratteristiche indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Con lo stadio di pressione secondo l'invenzione, mediante una supplementare funzione di commutazione, a parità della durata di azionamento del pistone di comando, mediante una semplice regolazione di un cursore viene ottenuto un comportamento a due stadi con un segnale di entrata. Fino a che il pistone di comando è collegato, nella prima fase di movimento, con il dispositivo di regolazione di pressione, solo una pressione ridotta agisce sul pistone di comando e quindi anche sulla valvola di iniezione inserita a valle. Non appena viene interrotto il collegamento con il dispositivo di regolazione di pressione, sul pistone di comando agisce una pressione maggiore,che comporta una ulteriore apertura della valvola di iniezione. In tale maniera, a parità del tempo di azionamento e della pressione generata, può essere alimentata la quantità desiderata di carburante. Con lo stadio di pressione secondo l'invenzione viene assicurata una regolazione precisa della quantità di preiniezione in tutti i punti di esercizio, senza un elevato dispendio tecnico di regolazione. Grazie allo stadio di pressione, può essere omesso uno strozzamento, per cui l'iniezione può aver luogo in modo preciso e rapido. Questa preìniezione assicura inoltre un funzionamento molto regolare del motore a combustione interna e un abbassamento delle emissioni di gas di scarico.

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

L'invenzione verrà ora descritta più da vicino con riferimento ad alcuni esempi di realizzazione illustrati nei disegni, in cui:

la figura 1 mostra in sezione uno stadio di pressione secondo l'invenzione per una valvola di iniezione, le figure da 2 a 7 rappresentano in sezione altri esempi di realizzazione di stadi di pressione secondo l'invenzione;

la figura 8 mostra una linea caratteristiche di pressione in funzione di tempo dello stadio di pressione secondo l'invenzione;

la figura 9 mostra in un diagramma lo svolgimento in funzione di tempo di una operazione di iniezione.

Lo stadio di pressione serve per l'azionamento di una valvola di iniezione 4 dì motori a combustione interna, in particolari di motori diesel. Lo stadio di pressione si distingue per il fatto che a parità della durata di azionamento e della pressione generata, una quantità prestabilita di carburante può essere alimentata alla esimerà di combustione del motore. La figura 9 mostra l'operazione di iniezione. Dapprima ha luogo, avviata da un impulso di comando nel sistema di controllo del motore, una iniezione pilota. Dopo un intervallo di tempo t, a seguito di un impulso di disinnesto viene terminata la (pre) iniezione pilota e dopo un intervallo di tempo t a mezzo di un impulso di comando viene iniziata l'iniezione principale del combustibile. .ssa ha una durata maggiore della preiniezione. Inoltre, durante l'iniezione principale viene iniettata una quantità notevolmente maggiore del combustibile rispetto alla fase di preiniezione. Lo stadio di pressione presenta un pistone di comando 1, che è scorrevole in un alesaggio 2 di contenitore di cursore 3. Quando la valvola di iniezione 4 è chiusa (figura 1) il pistone di comando 1 si trova,sotto la forza di una molla 5,su una battuta 6. Essa può essere regolabile, ad esempio come una parte di vite oppure come un manicotto inseribile. E' anche possibile prevedere quale battuta 6 un anello di sicurezza inserito nella parete dell'alesaggio 9. Nella figura 1 il pistone di comando 1 è illustrato in una posizione iniziale spostata dalla forza della molla 5, posizione in cui un corpo 23 della valvole di iniezione 4 chiude aperture di ugello 24. Attraverso esse il combustibile viene alimentato nella camera di combustione.

Il pistone di comando 1 presenta una superficie 7, che è sollecitata con la pressione di sistema p1 . Sul lato opposto, il pistone di comando 1 è munito di una incavatura 8, sul fondo 9 della quale si poggia un pistone di trasmissione di pressione 10. Esso presenta una sezione trasversale minore rispetto al pistone di comando 1 e penetra in un alesaggio 11 del contenitore di cursore 3, che presenta una sezione trasversale minore dell'alesaggio 2. Mediante il pistone di moltiplicazione 10 la pressione p1 viene moltiplicata alla pressione maggiore P2 che agisce sulla valvola di iniezione 4.

Il pistone di comando 1 presenta un foro di collegamento 12, che si estende, a partire dalla superficie di pistone 7 verso una scanalatura anulare periferica 13 nel mantello del pistone di comando 1. Nell'esempio di realizzazione illustrato, il foro di collegamento 16 si estende parallelamente all’asse del pistone di comando 1. Esso può essere naturalmente disposto anche in un altro modo nel pistone di comando 1. Se il pistone di comando 1 si trova sulla battuta 6 nella posizione iniziale, allora la scanalatura anulare 13 è in collegamento con una scanalatura anulare 14 nella parete dell'alesaggio 2. La scanalatura anulare 14 è collegata con una valvola di limitazione di pressione 15, che è preferibilmente regolabile. La valvola di limitazione 15 può essere prevista in un qualsiasi punto appropriato del contenitore di cursore 3 oppure anche all'esterno del detto contenitore 3. La valvola di limitazione di pressione è connessa ad una unità di controllo 25, che controlla una valvola di comando 26, che può essere conformata quale valvola piezoelettrica. Con essa viene eseguita la funzione di comando, ancora da descrivere, dello stadio di pressione. La valvola di comando 26 è collegata con una sorgente di pressione, che viene regolata mediante una apposita valvola 24, con la quale viene regolata la pressione di entrata. La valvola di comando 26 e la valvola di regolazione 24 possono essere azionate direttamente, però anche indirettamente attraverso il sistema di controllo del motore. L'unità di controllo 25 regola e sorveglia il funzionamento della valvola di comando 26 e della valvola di regolazione 24 ed è inserita nel sistema di controllo del motore.

Nella posizione iniziale, illustrata nella figura 1, del pistone di controllo 1, l'alesaggio 2 è aperto attraverso la valvola di comando 26 verso il serbatoio T.

Durante il funzionamento del. motore a combustione interna, la valvola di comando 26, controllata dall'unità di controllo 25, viene commutata, per cui il mezzo idraulico viene posto sotto pressione. Sulla superficie 7 del pistone agisce quindi la pressione Pi del sistema. La incavatura 8, affacciata verso la superficie 7 del pistone, è scaricata dalla pressione e si trova in collegamento con l'ambiente atmosferico attraverso un foro 16 praticato nel contenitore di cursore 3. La pressione di sistema ρχ agisce attraverso il foro di collegamento 12 e la scanalatura anulare 13 nel pistone di comando 1 nonché attraverso la scanalatura anulare 14 nel contenitore di cursore 3, sulla valvola di limitazione di pressione 15. Essa è regolata in maniera tale che si regoli una prestabilita pressione ridotta, con la quale il pistone di comando 1 viene spostato contro la forza della molla di pressione 5. L'aria, che si trova nell'incavatura 8 e nel vano della molla, viene espulsa attraverso il foro 16. Il pistone 1 sposta il pistone di moltiplicazione 10, per cui il combustibile, che si trova nel foro 11, viene forzato in un foro 27 attraverso una piastra di distribuzione fissa 17. Il detto foro si trova in un inserto 22,che è accolto da una boccola filettata 19. Essa viene avvitata sul contenitore di cursore 3 e accoglie la valvola di iniezione 4 sporgente dalla boccola filettata 19. La piastra di distribuzione 17 è serrata tra l'inserto 22 e l'involucro di cursore 3 a mezzo della boccola filettata 19. Il foro di adduzione 27 si estende dalla piastra di distribuzione 17 attraverso l'inserto 22 e la valvola di iniezione 4 verso una camera di iniezione 28, attraversata dal corpo di valvola 23. Alla camera di iniezione 28 si unisce un foro assiale 29, che si estende verso le aperture di ugello 24 e presenta un diametro maggiore della parte del corpo di valvola 23, che penetra in esso. Essa sbocca in una camera di accoglimento centrale 30 dell'inserto 22, che è chius mediante la piastra di distribuzione 17 sul lato opposto. Su questa piastra si poggia una estremità di una molla di pressione 21, la quale si poggia,con la sua altra estremità,·su un collare 31, previsto sull'estremità del corpo di valvola 23, giacente nella camera di accoglimento 30 e presenta un risalto centrale 18 per il centraggio della molla di pressione 21. Questo risalto penetra con un settore ispessito 32 nella camera di iniezione 28 che si unisce entro la camera di iniezione 28 con un settore terminale più sottile 33.

Mediante il combustibile, che perviene nella camera di iniezione 28, il settore 32 viene sollecitato a pressione e il corpo di valvola 23 viene spostato all 'indietro contro la forza della molla di pressione 21. Le aperture di ugello 24 vengono in tale maniera liberate, per cui il combustibile può entrare nella camera di combustione.

Non appena la scanalatura anulare del pistone di comando 1 ha sorpassato la scanalatura anulare 14 del contenitore di cursore 3, il tubo di collegamento 12 non si trova più in collegamento con la valvola di limitazione di pressione 15. Pertanto, dopo che viene sorpassato il bordo di comando, sul pistone di comando 1 agisce una pressione maggiore p2, che comporta una ulteriore apertura della valvola di iniezione 4 inserita a valle. Di conseguenza in questo secondo stadio di pressione una maggiore quantità di combustibile può essere iniettata nella cannerà di combustione. Successivamente, il pistone di comando 1 viene spostato attraverso il pistone di moltiplicazione 10 mediante la forza della molla 5 di nuovo fino alla battuta 6 e viene avviato un nuovo ciclo.

Attraverso una valvola di non ritorno 20, prevista nella piastra di distribuzione 17, il combustibile viene aspirato, durante la corsa di ritorno dei pistoni 1, 10, attraverso un foro 23 nella boccola filettata 19 e nell'inserto 22, da un contenitore di combustibile (non illustrato). Il combustibile perviene attraverso la valvola di distribuzione 17 nel foro 11, per cui esso durante la successiva corsa del pistone di moltiplicazione 10 viene alimentato, nella maniera descritta, verso le aperture di ugello 24. Il foro 34 sbocca anche nella camera di accoglimento 30. Se il pistone di moltiplicazione 10 viene spostato all'indietro, la valvola di non ritorno 20 viene aperta dalla depressione che si forma e il combustibile viene aspirato.

Lo stadio di pressione per la regolazione della quantità di preiniezione funziona quindi in due stadi. Nel primo stadio,la pressione p]_ agente sul pistone di comando 1 viene ridotta mediante il dispositivo di regolazione di pressione 15.in maniera tale che sul pistone di comando 1 agisca dapprima solo una pressione ridotta, agente conformemente alla regolazione nella valvola di limitazione di pressione 15. Conformemente a questa pressione ridotta, attraverso il pistone di moltiplicazione 10 viene aperta anche la valvola di iniezione 4 inserita a valle. Non appena la scanalatura anulare 13 del pistone di comando 1 ha superato la scanalatura anulare 14 del contenitore di cursore 3, viene interrotto il collegamento tra il foro di collegamento 12 e la valvola di limitazione di pressione 15, per cui ora sul pistone di comando 1 agisce l'intera pressione maggiore. Di conseguenza, attraverso il pistone di moltiplicazione di pressione 10 la valvola di iniezione 4 viene ulteriormente aperta. Pertanto,a parità del tempo di azionamento e della pressione generata può essere alimentata una certa quantità di combustibile.

Nello stadio di pressione descritto si tratta di una variazione di pressione, che a seconda della regolazione comporta, con un segnale di entrata idraulico prestabilito in funzione di tempo, due segnali di uscita differenti in tempo ed idraulicamente, che sì susseguono. Mediante lo stadio di pressione, che è integrato nel sistema di iniezione, si ottiene una regolazione precisa della preiniezione (iniezione pilota). Il comportamento a due stadi si ottiene mediante un semplice controllo a cursore con un unico segnale di entrata (ρ^ ).

Al posto della scanalatura anulare 13, il pistone di comando 1 può presentare anche un foro trasversale, che si estende dal foro di collegamento 12 alla superficie periferica del pistone di comando 1. Anche 11 contenitore di cursore 3 può presentare , al posto della scanalatura anulare 14, un foro che si trova in collegamento con la valvola di limitazione di pressione 15. Usando entrambe le scanalature anulari 13, 14, il passaggio tra le due pressioni differenti avviene quasi bruscamente. La figura 8 mostra il corrispondente diagramma di pressione in funzione di tempo. L'aumento della pressione ha luogo ogniqualvolta bruscamente. Se al posto della scanalature anulari vengono usati fori, allora il passaggio tra i valori differenti della pressione è più continuo.

Le forme di realizzazione secondo le figure da 2 a 4 si distinguono dall'esempio di realizzazione secondo la figura 1 solo per il tipo del dispositivo usato per la regolazione della pressione. Nella forma di realizzazione secondo la figura 2, il dispositivo di regolazione di pressione è una valvola magnetica 15a. Anche con essa si può regolare semplicemente la desiderata pressione ridotta. Lo stadio di pressione funziona nella stessa maniera come nella forma di realizzazione secondo la figura 1.

Nella forma di realizzazione secondo la figura 3, il dispositivo di regolazione di pressione è una valvola preregolata 15b. Per il resto, questo stadio di pressione funziona nella stessa maniera come la forma di realizzazione secondo la figura 1.

Nell'esempio di realizzazione secondo la figura 4 quale dispositivo di regolazione di pressione viene usato infine un diaframma regolabile 15c.

Il dispositivo di regolazione di pressione può essere realizzato anche in modo non variabile, ad esempio sotto forma di una strozzatura o di un diaframma. Tuttavia è anche possibile, come mostrano gli esempi di realizzazione descritti, realizzare in modo regolabile il dispositivo di regolazione di pressione .

Affinché i bordi di comando delle scanalatura anulari 13, 14 siano adattati in modo preciso tra di loro, è possibile scegliere, prima del montaggio, contenitori dì cursore 3 e pistoni di comando 1 che si adattano l’uno all’altro.

La figura 5 mostra la possibilità di regolare in modo preciso i bordi di comando del pistone di comando 1 con un anello filettato regolabile 35. Esso viene avvitato in una apertura anulare 36 nella superficie 7 del pistone. Grazie al collegamento a vite il bordo di comando della scanalatura anulare 13, formato dal lato inferiore dell’anello filettato 35, può essere regolato esattamente rispetto alla scanalatura anulare 14.

Nella forma di realizzazione secondo la figura 6, l'anello 35 è forzato nell'apertura anulare 36. In tale maniera il bordo di comando del pistone 1 può essere ugualmente regolato in modo esatto. Una successiva modifica, come in caso dell'anello filettato 35 secondo la figura 5, non è però possibile .

Il pistone di comando 1 è munito secondo la figura 7 alla sua circonferenza periferica di intagli 37, con i quali può essere determinato in modo preciso l'andamento dell'iniezione. Gli intagli 37 possono essere previsti anche nella parete dell'alesaggio 2. Mediante gli intagli di regolazione esatta 37 si ottiene che il passaggio tra le singole pressioni non avvenga bruscamente (figura 8), bensì in modo graduale a seconda della conformazione degli intagli di regolazione precisa 37. Gli intagli 37 sono disposti in maniera tale da aver inizio all'altezza del bordo di comando 38 del pistone 1, con la sezione trasversale decrescente gradualmente in direzione verso la battuta 6. Nella vista secondo la figura 7, gli intagli di regolazione precisa 37 presentano la forma di triangolo. Tali intagli 37 vengono usati convenientemente nei casi, in cui i componenti non possono essere sollecitati con i bruschi cambiamenti della pressione.

Negli esempi di realizzazione descritti, per la corsa di ritorno del pistone di moltiplicazione 10 e del pistone di comando 1, la valvola di commutazione 26 viene commutata a mezzo dell'unità di comando 25 alla posizione illustrata nella figura 1. Il mezzo idraulico, che si trova nell'alesaggio 2, viene forzato, durante la corsa di ritorno, attraverso il raccordo di pressione e la valvola di commutazione 26 verso il serbatoio T. E' anche possibile aprire completamente la valvola di limitazione di pressione 15, da 15a a 15c attraverso l'unità di comando 25. In tal caso una parte del mezzo idraulico può defluire, durante la corsa di ritorno, anche attraverso il foro 12 e le scanalature anulari 13, 14 e la valvola aperta 15 verso il serbatoio T. In tale maniera il mezzo idraulico può defluire in modo molto rapido. Negli stadi di pressione descritti si ottiene un controllo a cursore, semplice dal punto di vista costruttivo, con il quale la quantità di preiniezione del carburante può essere prodotta in modo semplice ed affidabile. Se il motore a combustione interna funziona nella zona di carico parziale oppure a folle, è sufficiente una preiniezione del combustibile. Se esso lavora invece nel campo a carico pieno, ha luogo solo una iniezione principale. Il tipo dell'iniezione viene controllato dall'unità di controllo 25.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Stadio di pressione per la regolazione di una quantità di preiniezione di carburante in motori a combustione interna, di preferenza in motori diesel, caratterizzato dal fatto che lo stadio di pressione presenta un pistone di controllo (1), che è collegato, in una prima fase di movimento, con un dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c) per generare una pressione ridotta agente su una valvola di iniezione (4) e che è separabile, in una seconda fase di movimento successiva, dal dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c) per la generazione di una pressione maggiore.
2. Stadio di pressione secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il pistone di comando (1) presenta almeno un foro (12), che è collegato con un condotto (14) collegato con il dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c).
3. Stadio di pressione secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il foro (12) si estende da una superficie di pistone (7), sollecitata a pressione, verso una scanalatura anulare (13) o un foro trasversale, che è previsto sulla circonferenza periferica del pistone di controllo (1) oppure nella superficie periferica.
4. Stadio dì pressione secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che il condotto (14) è una scanalatura anulare oppure un foro in un contenitore di cursore (3) che accoglie il pistone di comando (1).
5. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che nella prima fase di movimento il foro (12) del pistone di comando (1) è collegato con il condotto (14).
6. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c) è previsto nel contenitore di cursore (3).
7. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c), è previsto esternamente al contenitore di cursore (3).
8. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c) è previsto nel pistone di comando (1).
9. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c) è realizzato in modo regolabile.
10. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15, da 15a a 15c) presenta un valore di pressione fisso.
11. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15, 15a) è una valvola di limitazione di pressione.
12. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15b) è una valvola di regolazione di pressione.
13. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di regolazione di pressione (15c) è una strozzatura.
14. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, caratterizzato dal fatto che a valle del pistone di comando (1) è disposto un pistone di moltiplicazione di pressione (10), mediante la pressione (p2) del quale è azionabile la valvola di iniezione (4).
15. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 3 a 14, caratterizzato dal fatto che la scanalatura anulare (13) per pistoni di comando (1) è limitata da un anello filettato (35) o da un anello a pressione.
16. Stadio di pressione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15, caratterizzato dal fatto che sulla circonferenza periferica del pistone di comando (1) oppure nella parete dell'alesaggio (2) che accoglie il pistone di comando (1), sono previsti intagli di regolazione (37).