ITTO950064A1

ITTO950064A1 - INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH INJECTION FUEL SYSTEM SUITABLE TO OPERATE SELECTIVELY WITH PETROL OR LPG.

Info

Publication number: ITTO950064A1
Application number: IT95TO000064A
Authority: IT
Inventors: Riccardo Gozzellino; Massimo Ferrera; Pietro Gianotti
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 1995-02-03
Filing date: 1995-02-03
Publication date: 1996-08-03
Also published as: IT1279106B1; ITTO950064A0

Abstract

Un motore a combustione interna, particolarmente per autoveicoli, è dotato di un sistema di alimentazione ad iniezione atto ad operare selettivamente con benzina o con GPL. Il GPL viene iniettato allo stato liquido, dopo essere stato prelevato da un serbatoio (5) mediante una pompa (4). La quantità di GPL alimentata in eccesso agli iniettori (2) ritorna nel serbatoio (5) tramite un condotto di riflusso (6) nel quale e' interposto un regolatore di pressione (7) che provvede a strozzare il condotto (6) in modo tale per cui la pompa (4) crea un salto di pressione sostanzialmente costante al variare della pressione del GPL nel serbatoio. In tal modo, il GPL allo stato liquido viene iniettato ad una pressione che e, sempre compresa nel campo entro il quale gli iniettori (2) operano correttamente, nonostante le variazioni della pressione del GPL nel serbatoio (5) al variare della temperatura. (Figura unica)An internal combustion engine, particularly for motor vehicles, is equipped with an injection fuel system capable of operating selectively with petrol or LPG. LPG is injected in a liquid state, after being taken from a tank (5) by means of a pump (4). The quantity of LPG fed in excess to the injectors (2) returns to the tank (5) through a reflux duct (6) in which a pressure regulator (7) is interposed which chokes the duct (6) in such a way whereby the pump (4) creates a substantially constant pressure drop as the pressure of the LPG in the tank changes. In this way, LPG in the liquid state is injected at a pressure which is always within the range in which the injectors (2) operate correctly, despite the variations in the pressure of the LPG in the tank (5) as the temperature changes. (Single figure)

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Motore a combustione interna con sistema di alimentazione ad iniezione, atto ad operare selettivamente con benzina o con GPL", DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Internal combustion engine with injection fuel system, capable of selectively operating with petrol or LPG",

TESTO DELLΑ DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente invenzione ha per oggetto un motore a combustione interna con sistema di alimentazione ad iniezione atto ad operare selettivamente con benzina o con GPL, The present invention relates to an internal combustion engine with injection feeding system adapted to selectively operate with petrol or LPG,

caratterizzato dal fatto che il sistema di alimentazione di GPL comprende: characterized by the fact that the LPG supply system includes:

una pluralità di iniettori rispettivamente associati ai vari cilindri del motore, a plurality of injectors respectively associated with the various cylinders of the engine,

un collettore o "rail" di alimentazione di GPL agli iniettori separato dal rail di alimentazione della benzina, a manifold or "rail" for supplying LPG to the injectors separate from the petrol supply rail,

un serbatoio di GPL, an LPG tank,

mezzi per alimentare GPL dal serbatoio al rail di alimentazione mantenendo il GPL allo stato liquido, detti mezzi includendo una pompa che aspira GPL dal serbatoio e lo invia al rail, means for supplying LPG from the tank to the supply rail while maintaining the LPG in the liquid state, said means including a pump which sucks LPG from the tank and sends it to the rail,

un condotto di riflusso per riportare nel serbatoio la quantità di GPL alimentata in eccesso agli iniettori, a reflux duct to return the excess quantity of LPG fed to the injectors to the tank,

un regolatore di pressione, interposto nel condotto di riflusso per strozzare tale condotto in modo tale per cui detta pompa crei un salto dalla pressione del GPL nel serbatoio alla pressione di alimentazione del GPL agli iniettori, a pressure regulator, interposed in the reflux duct to throttle this duct in such a way that said pump creates a jump from the pressure of the LPG in the tank to the pressure of the LPG supply to the injectors,

- mezzi associati a detto regolatore di pressione, atti a rilevare la pressione del GPL nel serbatoio, che è funzione della temperatura, e a variare conseguentemente il grado di strozzatura attuato dal regolatore, così da mantenere il suddetto salto ad un livello sostanzialmente costante, - means associated with said pressure regulator, suitable for detecting the pressure of the LPG in the tank, which is a function of the temperature, and for consequently varying the degree of throttling implemented by the regulator, so as to maintain the aforementioned jump at a substantially constant level,

mezzi sensori della pressione di alimentazione del GPL agli iniettori, e means for sensing the pressure of the LPG supply to the injectors, e

- mezzi elettronici di controllo che ricevono i segnali in uscita da detti mezzi sensori della pressione di alimentazione agli iniettori e controllano di conseguenza il tempo di apertura degli iniettori. - electronic control means which receive the output signals from said sensor means of the supply pressure to the injectors and consequently control the opening time of the injectors.

Grazie alle caratteristiche sopra descritte, il motore secondo l’invenzione è in grado di funzionare in modo ottimale sia con iniezione di benzina, sia con iniezione di GPL. Sempre grazie alle caratteristiche sopra indicate, il sistema secondo l'invenzione è in grado di realizzare una iniezione di GPL allo stato liquido nonostante i problemi connessi con la variazione della pressione del GPL allo stato liquido al variare della temperatura. In un caso tipico (le percentuali di propano e butano che costituiscono il GPL sono infatti diverse nelle varie parti del mondo) la pressione del GPL può andare da un valore di circa 1 bar ad una temperatura di -20°C fino ad un valore di circa 20 bar ad una temperatura pari a 50°C. Nello stesso tempo, gli iniettori disponibili in commercio sono in grado di operare correttamente in un campo di pressione compreso fra circa 3 bar e 22-23 bar. A causa di tale difficoltà, i sistemi di alimentazione a GPL normalmente utilizzati non prevedono l'uso di iniettori, bensì provocano il passaggio allo stato gassoso del GPL in un diffusore e lo miscelano all'aria mediante un sistema a carburatore. L'iniezione di GPL allo stato liquido è tuttavia desiderabile in quanto permette di controllare con mezzi più sofisticati il titolo aria/combustibile cilindro per cilindro, il che consente poi un funzionamento ottimale del dispositivo catalizzatore per i gas di scarico del motore ed è inoltre preferibile anche dal punto di vista del rendimento volumetrico permettendo di ottenere prestazioni più vicine a quelle di un motore alimentato a benzina. Thanks to the characteristics described above, the engine according to the invention is able to operate optimally with both petrol injection and LPG injection. Again thanks to the characteristics indicated above, the system according to the invention is capable of carrying out an injection of LPG in the liquid state despite the problems connected with the variation of the pressure of the LPG in the liquid state as the temperature varies. In a typical case (the percentages of propane and butane that make up LPG are in fact different in the various parts of the world) the pressure of the LPG can range from a value of about 1 bar to a temperature of -20 ° C up to a value of about 20 bar at a temperature of 50 ° C. At the same time, commercially available injectors are able to operate correctly in a pressure range between about 3 bar and 22-23 bar. Due to this difficulty, the normally used LPG fueling systems do not involve the use of injectors, but cause the LPG to pass into the gaseous state in a diffuser and mix it with the air by means of a carburettor system. The injection of LPG in the liquid state is however desirable as it allows to control the air / fuel count cylinder by cylinder with more sophisticated means, which then allows an optimal functioning of the catalyst device for the exhaust gases of the engine and is also preferable also from the point of view of volumetric efficiency allowing to obtain performances closer to those of a petrol-powered engine.

L'adozione di una pompa di alimentazione in congiunzione con il suddetto regolatore di pressione consente di alimentare il GPL allo stato liquido agli iniettori ad una pressione che si mantiene maggiore rispetto alla pressione del vapore nel serbatoio di GPL di un salto sostanzialmente costante, che può essere ad esempio pari a 2-3 bar. In tal modo, qualsiasi sia la temperatura alla quale si trova il serbatoio di GPL, la pressione di alimentazione del GPL agli iniettori è sempre compresa nel campo di pressione nel quale gli iniettori funzionano correttamente. Ad esempio, a temperature molto basse (-20°C), la pressione di alimentazione sarà nell'ordine di 3 bar, mentre a temperature elevate (50°C), la pressione di alimentazione sarà nell'ordine di 22 bar, il campo delle pressioni a cui gli iniettori operano correttamente essendo, come già indicato, di 3-23 bar. The adoption of a feed pump in conjunction with the aforementioned pressure regulator allows to feed the LPG in the liquid state to the injectors at a pressure which is maintained higher than the vapor pressure in the LPG tank by a substantially constant head, which can be for example equal to 2-3 bar. In this way, whatever the temperature at which the LPG tank is located, the LPG supply pressure to the injectors is always included in the pressure range in which the injectors work correctly. For example, at very low temperatures (-20 ° C), the supply pressure will be in the order of 3 bar, while at high temperatures (50 ° C), the supply pressure will be in the order of 22 bar, the range of the pressures at which the injectors operate correctly being, as already indicated, of 3-23 bar.

Inoltre, l'adozione di un rail di alimentazione del GPL separato dal rail di alimentazione della benzina rende il sistema secondo l'invenzione particolarmente semplice. Infatti, l’adozione di un unico rail che viene selettivamente alimentato con GPL oppure con benzina proveniente dal sistema di alimentazione della benzina, obbligherebbe ad adottare un sistema di valvole relativamente complicato per chiudere la comunicazione del rail con uno dei due sistemi di alimentazione quando l'altro è utilizzato. Furthermore, the adoption of an LPG feed rail separate from the petrol feed rail makes the system according to the invention particularly simple. In fact, the adoption of a single rail that is selectively fed with LPG or with petrol coming from the petrol supply system, would oblige to adopt a relatively complicated valve system to close the communication of the rail with one of the two fuel systems when the other is used.

Infine, un'ulteriore caratteristica preferita dell'invenzione risiede nel fatto che la pompa di alimentazione del GPL è disposta all'esterno del serbatoio. Il problema connesso con la pompa di alimentazione è che essa deve essere impervia a possibili trafilamenti della fase gassosa del GPL. Una possibile soluzione consiste nel disporre la pompa all'interno del serbatoio del GPL, ma questo rende la struttura del serbatoio più complicata e può dare origine a problemi di sicurezza. Secondo l'invenzione, si preferisce adottare una pompa disposta all'esterno del serbatoio, che naturalmente deve essere di un tipo atto a garantire la tenuta fino a valori di pressione dell'ordine di 23 bar. Una possibile soluzione può ad esempio consistere in una pompa del tipo a "membrana rotolante" prodotta dalla ditta Bellofram, anche se naturalmente non sono escluse soluzioni diverse. Finally, a further preferred feature of the invention resides in the fact that the LPG feed pump is arranged outside the tank. The problem connected with the feed pump is that it must be impervious to possible leaks of the gas phase of the LPG. A possible solution is to place the pump inside the LPG tank, but this makes the tank structure more complicated and can give rise to safety problems. According to the invention, it is preferred to adopt a pump arranged outside the tank, which of course must be of a type suitable for guaranteeing sealing up to pressure values of the order of 23 bars. A possible solution can for example consist of a "rolling diaphragm" type pump produced by the company Bellofram, although of course different solutions are not excluded.

Come indicato, il controllo elettronico dell'iniezione di benzina viene svolto nel modo usuale, mediante una centralina elettronica, che provvede anche al controllo dell'iniezione di GPL. In tal caso, tuttavia, il modo di operare di detta centralina è modificato da una centralina elettronica ausiliaria in funzione delle caratteristiche di alimentazione del GPL allo stato liquido. As indicated, the electronic control of the petrol injection is carried out in the usual way, by means of an electronic control unit, which also controls the LPG injection. In this case, however, the operating mode of said control unit is modified by an auxiliary electronic control unit according to the feeding characteristics of the LPG in the liquid state.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento al disegno annesso, fornito a puro titolo di esempio non limitativo, che illustra uno schema di principio del sistema secondo l'invenzione. Further characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description with reference to the attached drawing, provided purely by way of non-limiting example, which illustrates a basic diagram of the system according to the invention.

Con riferimento alla figura, il numero 1 indica nel suo insieme il collettore o "rail" di alimentazione del GPL a quattro iniettori 2 rispettivamente associati ai quattro cilindri di un motore a combustione interna di autoveicolo. Il motore è provvisto di un sistema di alimentazione ad iniezione atto ad operare selettivamente con benzina o con GPL. Nel disegno, le parti del sistema di alimentazione a benzina non sono illustrate, in quanto tale sistema è del tipo tradizionale ad iniezione di benzina, con una centralina elettronica di controllo che provvede a controllare l'iniezione di benzina in funzione dei diversi parametri operativi del sistema. With reference to the figure, the number 1 indicates as a whole the LPG supply manifold or rail with four injectors 2 respectively associated with the four cylinders of an internal combustion engine of a motor vehicle. The engine is equipped with an injection fuel system capable of selectively operating with petrol or LPG. In the drawing, the parts of the petrol fuel system are not shown, as this system is of the traditional petrol injection type, with an electronic control unit that controls the petrol injection according to the different operating parameters of the system.

Il GPL viene alimentato al rail 1 tramite un condotto 3 da una pompa di alimentazione 4 che aspira GPL da un serbatoio 5. La quantità di GPL alimentata in eccesso agli iniettori 2 ritorna nel serbatoio 5 attraverso una linea di riflusso 6 nella quale è interposto un regolatore di pressione 7 che provvede a strozzare la linea 6 in modo tale da far sì che la pompa 4 crei un salto di pressione dalla pressione all'interno del serbatoio 5 alla pressione di alimentazione agli iniettori 2. Il regolatore 7 è in grado di sentire la pressione nel serbatoio 5 tramite una linea 8 ed è cosi in grado di autoregolarsi per mantenere sostanzialmente costante il suddetto salto di temperatura e prossimo a 2-3 bar, al variare della pressione del GPL nel serbatoio 5 (che è funzione della temperatura). In tal modo, quando la temperatura è molto bassa (ad esempio -20°C) la pressione del GPL nel serbatoio 5, che è di circa 1 bar, viene innalzata a circa 3 bar dalla pompa 4, mentre quando la temperatura è molto elevata (ad esempio 50°C) la pressione del GPL nel serbatoio 5 è di circa 20 bar e viene innalzata dalla pompa 4 fino a circa 22 bar. In entrambe le suddette condizioni estreme, la pressione di alimentazione del GPL allo stato liquido agli iniettori 2 è quindi compresa nel campo di pressione entro cui gli iniettori sono in grado di operare correttamente. Naturalmente, al variare della pressione di alimentazione del GPL, il tempo di apertura degli iniettori 2 deve essere variato. A tale funzione provvede l'usuale centralina elettronica di controllo che è predisposta per l'iniezione di benzina. In tal caso, tuttavia, il modo di operare della centralina viene modificato da una centralina elettronica ausiliaria, in funzione delle caratteristiche di alimentazione del GPL. The LPG is fed to the rail 1 through a duct 3 by a feed pump 4 which sucks LPG from a tank 5. The quantity of LPG fed in excess to the injectors 2 returns to the tank 5 through a reflux line 6 in which a pressure regulator 7 which throttles the line 6 in such a way as to cause the pump 4 to create a pressure jump from the pressure inside the tank 5 to the supply pressure to the injectors 2. The regulator 7 is able to hear the pressure in the tank 5 through a line 8 and is thus able to self-regulate to keep the aforementioned temperature jump substantially constant and close to 2-3 bar, as the pressure of the LPG in the tank 5 varies (which is a function of the temperature). In this way, when the temperature is very low (for example -20 ° C) the pressure of the LPG in the tank 5, which is about 1 bar, is raised to about 3 bar by the pump 4, while when the temperature is very high (for example 50 ° C) the pressure of the LPG in the tank 5 is about 20 bar and is raised by the pump 4 up to about 22 bar. In both of the aforementioned extreme conditions, the supply pressure of the LPG in the liquid state to the injectors 2 is therefore included in the pressure range within which the injectors are able to operate correctly. Naturally, as the LPG supply pressure varies, the opening time of the injectors 2 must be varied. This function is provided by the usual electronic control unit which is set up for petrol injection. In this case, however, the operating mode of the control unit is modified by an auxiliary electronic control unit, according to the characteristics of the LPG supply.

Come è già stato sopra richiamato, il rail di alimentazione della benzina è separato dal rail 1 di alimentazione del GPL, cosi da evitare inutili complicazioni del sistema. Inoltre, come illustrato nella figura, la pompa di alimentazione del GPL 4 è preferibilmente disposta all'esterno del serbatoio 5. Tale soluzione pur richiedendo l'adozione di pompe di tipo particolare, che garantiscano la tenuta ai gas anche a pressioni dell'ordine di 23 bar, è preferibile a quella che prevede di disporre la pompa all'interno del serbatoio, in quanto quest'ultima comporta una complicazione della struttura del serbatoio stesso e pone problemi dal punto di vista della sicurezza. As already mentioned above, the petrol feed rail is separated from the LPG feed rail 1, so as to avoid unnecessary system complications. Furthermore, as illustrated in the figure, the LPG feed pump 4 is preferably arranged outside the tank 5. This solution, while requiring the adoption of special type pumps, which guarantee gas tightness even at pressures of the order of 23 bar, is preferable to that which provides for the pump to be placed inside the tank, since the latter involves a complication of the structure of the tank itself and poses problems from the point of view of safety.

Nel disegno, il numero di riferimento 9 indica un sensore della pressione di alimentazione del GPL il cui segnale di uscita è inviato alla centralina elettronica ausiliaria di controllo. In the drawing, the reference number 9 indicates an LPG supply pressure sensor whose output signal is sent to the auxiliary electronic control unit.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a guanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Naturally, the principle of the invention remaining the same, the details of construction and the embodiments may vary widely with respect to the glove described and illustrated purely by way of example, without thereby departing from the scope of the present invention.

Claims

CLAIMS 1. Internal combustion engine with injection fueling system adapted to selectively operate with petrol or LPG, characterized in that the LPG fueling system includes: a plurality of injectors (2) respectively associated with the various cylinders of the engine, a manifold or "rail" (1) for supplying LPG to the injectors (2), separated from the petrol supply rail, an LPG tank (5), means for supplying LPG from the tank (5) to the supply rail (1) keeping the LPG in the liquid state, said means including a pump (4) which sucks LPG from the tank and sends it to the rail, a reflux duct (6) to return the excess quantity of LPG fed to the injectors (2) to the tank (5), a pressure regulator (7), interposed in the reflux duct (6) to throttle this duct in such a way that said pump (4) creates a jump from the pressure of the LPG in the tank (5) to the pressure of the LPG supply to the injectors (2), means (8) associated with said pressure regulator (7), adapted to detect the pressure of the LPG in the tank (5), which is a function of the temperature, and consequently to vary the degree of throttling implemented by the regulator (7), so as to maintain the aforementioned pressure jump at a substantially constant level, sensor means (9) of the LPG supply pressure to the injectors (2), e - electronic control means which receive the output signals from said sensor means (9) of the supply pressure to the injectors (2) and consequently control the opening time of the injectors (2).

2. Engine according to claim 1, characterized by the fact that the aforesaid electronic control means comprise a first electronic control unit of a type traditionally used in petrol injection systems, to control the petrol injection, and a second electronic control unit adapted to modify the operating mode of the first electronic control unit according to the LPG supply characteristics, for the control of the LPG injection always by said first control unit.

3. Engine according to claim 2, characterized in that said pump (4) is arranged outside the LPG tank (5). All substantially as described and illustrated and for the specified purposes.