ITUB20153040A1 - Sede di iniettore di benzina ad alta pressione per la riduzione delle emissioni di particolato - Google Patents

Description

Descrizione

Il trovato ha ad oggetto l'iniezione diretta di benzina per veicoli e, più in particolare, la fornitura di una sede di iniettore avente una maggiore area superficiale esposta ai gas di combustione caldi, allo scopo di aumentare la temperatura della sede e quindi ridurre le emissioni di particolato.

Le emissioni di particolato dei motori a benzina saranno disciplinate in modo nuovo, in Europa, nel 2014, con l'introduzione dei regolamenti EU6a pari a 6 x 10<12>particelle/km ed ulteriormente ridotte a 6 x 10<11>particelle/km con l'introduzione dei regolamenti EU6c nel 2017. Analogamente, i regolamenti degli Stati Uniti imporranno standard parimenti restrittivi, con l'introduzione di LEVIII. Si ipotizza che gli standard saranno 10 mg/mi nel 2014, 3 mg/mi nel 2018 e 1 mg/mi nel 2025. E' nota una fonte principale di emissioni di particolato derivante da una fiamma di diffusione alimentata dal carburante che evapora dai depositi sull'estremità dell'iniettore di carburante.

E' noto che il posizionamento dell'iniettore di carburante ulteriormente sporgente nella camera di combustione riduce le emissioni di particolato. L'aumento della sporgenza dell'estremità dell'iniettore aumenta la temperatura dell'estremità dell'iniettore tramite l'esposizione di una maggiore area superficiale dell'estremità dell'iniettore ai gas di combustione caldi. Ciò, a sua volta, migliora l'evaporazione di eventuale carburante restante sull'estremità, quindi, sull'estremità,non resta affatto carburante - o ne resta una piccola quantità - da incendiare al passaggio del fronte di fiamma. La maggiore temperatura dell'estremità migliora altresì l'ossidazione dei depositi sull'estremità, riducendo la superficie spugnosa dei depositi che trattengono il carburante. Nonostante si tratti di un perfezionamento apparentemente semplice, l'aumento della sporgenza dell'estremità dell'iniettore in un motore ed in un iniettore esistenti non è né semplice né economica. Qualora l'iniettore resti sostanzialmente invariato, la sporgenza può essere aumentata solamente modificando la configurazione e la lavorazione della testata dei cilindri e del gruppo di iniezione. In uno scenario di elevati volumi, si tratta di modifiche non semplici e non economiche. Analogamente, la realizzazione di un iniettore più lungo in luogo di modifiche ai componenti del motore ha un impatto sulla produzione altamente automatizzata dei componenti, sull'assemblaggio e sulle attrezzature di collaudo, determinando spese elevate per gli attrezzi e gli utensili, un prodotto non standardizzato e rischi qualitativi associati alle sostituzioni di utensili e componenti.

Quindi, vi è la necessità di aumentare la temperatura dell'estremità dell'iniettore allo scopo di abbassare le emissioni di particolato senza impattare in modo significativo sulla fabbricazione del motore o dell'iniettore e sugli utensili di assemblaggio.

Un oggetto del trovato è quello di soddisfare la necessità di cui sopra. Conformemente ai principi delle realizzazioni, tale obiettivo è conseguito prevedendo un iniettore di carburante dotato di un'aspirazione, di uno scarico, nonché di un passaggio che fornisce un condotto di flusso di carburante dall'aspirazione allo scarico. L'iniettore di carburante include una struttura a valvola mobile nel passaggio fra una prima posizione ed una seconda posizione. Una sede è prevista in corrispondenza dello scarico e presenta almeno un passaggio di sede in comunicazione con il passaggio. La sede innesta in modo contiguo una porzione della struttura a valvola nella prima posizione, in tal modo chiudendo il passaggio di sede ed impedendo al carburante di uscire dal passaggio di sede. La struttura a valvola nella seconda posizione è distanziata dal passaggio di sede, di modo che il carburante possa muoversi attraverso il passaggio ed uscire attraverso il passaggio di sede. La sede include una superficie di estremità esterna, attraverso la quale si estende il passaggio di sede. Una struttura ad aletta è prevista nella superficie di estremità esterna ed è realizzata nonché atta ad aumentare un'area superficiale della superficie di estremità esterna rispetto ad un'area superficiale della superficie di estremità esterna in assenza della struttura ad aletta. La superficie di estremità esterna, comprendente la struttura ad aletta, è realizzata nonché atta ad essere riscaldata dai gas di combustione, di modo che la superficie di estremità esterna raggiunga una temperatura superiore rispetto alla temperatura che la superficie di estremità esterna raggiungerebbe in assenza della struttura ad aletta, così da provocare l'evaporazione del carburante che entra in contatto con la superficie di estremità esterna. E' altresì divulgato un procedimento di fornitura di un tale iniettore di carburante.

Conformemente ad un altro aspetto di una realizzazione divulgata, una sede per un iniettore di carburante include superfici che definiscono almeno un passaggio di sede attraverso di esse. E' prevista una superficie di estremità esterna attraverso la quale si estende l'almeno un passaggio di sede. E' previsto un mezzo, nella superficie di estremità esterna, per aumentare un'area superficiale della superficie di estremità esterna rispetto ad un'area superficiale della superficie di estremità esterna in assenza del mezzo, in cui, quando la sede è collocata in un iniettore di carburante associato ad un motore, la superficie di estremità esterna, comprendente il mezzo, è realizzata nonché atta ad essere riscaldata dai gas di combustione di modo che la superficie di estremità esterna raggiunga una temperatura superiore rispetto alla temperatura che la superficie di estremità esterna raggiungerebbe in assenza di tale mezzo, così da provocare l'evaporazione del carburante che entra in contatto con la superficie di estremità esterna.

Altri oggetti, aspetti e caratteristiche del presente trovato, così come i procedimenti operativi e le funzioni degli elementi correlati della struttura, la combinazione delle parti e l'economia produttiva saranno meglio evidenti tramite l'analisi della descrizione dettagliata che segue e delle allegate rivendicazioni, con riferimento agli acclusi disegni, la cui totalità costituisce una parte della presente specifica.

Il trovato sarà meglio compreso grazie alla descrizione dettagliata che segue delle realizzazioni preferite dello stesso, considerate in combinazione con gli allegati disegni, in cui riferimenti numerici simili identificano parti simili, ed in cui:

la Figura 1 è una vista dell'iniettore diretto di benzina previsto conformemente ad una realizzazione. La Figura 2 è una vista allargata della porzione cerchiata indicata con 2 nella Figura 1.

La Figura 3A è una vista allargata della sede di iniettore dell'iniettore di cui alla Figura 1, avente una superficie di estremità comprendente la struttura ad aletta prevista conformemente ad una prima realizzazione.

La Figura 3B è una sezione trasversale della sede di iniettore di cui alla Figura 3A, la quale non mostra i passaggi di uscita nella sede.

La Figura 4A mostra una sede di iniettore avente una superficie di estremità comprendente la struttura ad aletta prevista conformemente ad una seconda realizzazione.

La Figura 4B è una sezione trasversale della sede di iniettore di cui alla Figura 4A, la quale non mostra i passaggi di uscita nella sede.

La Figura 5A mostra una sede di iniettore avente una superficie di estremità comprendente la struttura ad aletta prevista conformemente ad una terza realizzazione.

La Figura 5B è una sezione trasversale della sede di iniettore di cui alla Figura 5A, la quale non mostra i passaggi di uscita nella sede.

Facendo riferimento alla Figura 1, è mostrato un iniettore diretto di benzina, indicato genericamente con 10, conformemente ad una realizzazione. L'iniettore di carburante 10 presenta un'aspirazione di carburante 12, uno scarico di carburante 14, nonché un passaggio di carburante 16 che si estende dall'aspirazione di carburante 12 allo scarico di carburante 14. L'iniettore 10 è del tipo tradizionale, azionato a solenoide, avente un'armatura 18 azionata da una bobina 20. Una forza elettromagnetica è generata dal flusso di corrente dall'unità di controllo elettronica (non mostrata) attraverso la bobina 20. Il movimento dell'armatura 18 muove altresì un ago fissato operativamente 22 ed una valvola a sfera 24 in posizioni che sono separate da o innestate in modo continuo in una sede, indicata genericamente con 26. L'ago 22 e la valvola a sfera 24 definiscono la struttura a valvola dell'iniettore 10. In luogo della valvola a sfera 24, si può notare che la struttura a valvola può comprendere solamente l'ago 22, con un'estremità dell'ago che si innesta nella sede 26.

Il movimento della valvola a sfera 24 apre o chiude, rispettivamente, almeno un orifizio di misurazione o passaggio di sede 28 (Figura 2) previsto attraverso la sede 26, il quale consente o impedisce, rispettivamente, il flusso del carburante attraverso lo scarico di carburante 14 dell'iniettore di carburante 10. Nella realizzazione, nel corpo della sede 26 è prevista una pluralità di passaggi di sede di misurazione 28. Possono essere previste superfici che definiscono un numero maggiore o minore di passaggi 28 in funzione dell'applicazione. I passaggi 28 si estendono attraverso una protuberanza semisferica o convessa 32 di una superficie di estremità esterna 30 della sede 26. Una superficie planare 33 (Figura 3A) della superficie di estremità esterna 30 circonda la protuberanza 32. La superficie 33 è preferibilmente utilizzata per premere la sede 26 nella struttura a valvola dell'iniettore 10. La superficie di estremità esterna 30 definisce un'estremità dell'iniettore di carburante 10 e può essere considerata il lato di estremità dell'iniettore. La protuberanza 32 è spesso denominata “increspatura”.

Le Figure 3A e 3B mostrano la sede 26 comprendente la protuberanza 32 conformemente ad una realizzazione. Allo scopo di aumentare l'area superficiale della superficie di estremità 30, una struttura ad aletta, indicata genericamente con 34, è prevista nella superficie di estremità 30. Nella realizzazione, la struttura ad aletta 34 è prevista nelle superfici della protuberanza 32 della superficie di estremità 30, ma può essere prevista, qualora lo si desideri, nella superficie planare 33 della superficie di estremità 30. Nella realizzazione di cui alle Figure 3A e 3B, la struttura ad aletta 34 è definita quale pluralità di canali 38, in una superficie esterna della protuberanza 32, i quali si estendono radialmente da un centro della protuberanza 32. I canali 38 sono adiacenti ai passaggi 28 ma non comunicano con i passaggi 28 o con il passaggio 40, in cui risiede la valvola a sfera 24. Il passaggio 40 comunica con il passaggio di carburante 16. I canali 38 possono presentare lunghezze, larghezze e/o profondità uguali o diverse.

Quale conseguenza della superficie di estremità esterna 30 completa della struttura ad aletta 34, quando l'iniettore è associato ad un motore, l'area superficiale della superficie di estremità 30 è aumentata, in tal modo aumentando la temperatura della superficie di estremità 30 in aree critiche attorno ai passaggi 28 e nella "sac volume" (piccola quantità di carburante intrappolata sulla punta dell’ugello dell’iniettore quando termina l’iniezione). Quindi, la superficie di estremità esterna, comprendente la struttura ad aletta, è realizzata nonché atta ad essere riscaldata dai gas di combustione, di modo che la superficie di estremità esterna 30 raggiunga una temperatura superiore rispetto alla temperatura che la superficie di estremità esterna 30 raggiungerebbe in assenza della struttura ad aletta 34, in modo da provocare l'evaporazione del carburante che entra in contatto con la superficie di estremità esterna. Ciò migliora l'evaporazione, l'evaporazione rapida e la miscelazione. Inoltre, mantenendo calda la superficie di estremità e facendo evaporare eventuale carburante prima della combustione, i depositi sulla superficie di estremità possono essere minimizzati.

Facendo riferimento alle Figure 4A e 4B, è mostrata un'altra realizzazione della struttura ad aletta, indicata genericamente con 34’. In tale realizzazione, i canali 38’ sono configurati in cerchi generalmente concentrici che circondano i passaggi 28. I canali 38’ non comunicano con i passaggi 28 o con il passaggio 40. I canali 38’ possono presentare larghezze e/o profondità uguali o diverse. Tale realizzazione risulta preferita, in quanto la sede 26 è tipicamente una parte lavorata al tornio e la struttura ad aletta 34’ può essere aggiunta al processo di tornitura senza un impatto significativo sui tempi di ciclo.

Le Figure 5A e 5B mostrano un'ulteriore realizzazione della struttura ad aletta, indicata genericamente con 34”. In tale realizzazione, i canali 38” si estendono linearmente attraverso la protuberanza 32 ed adiacenti ai passaggi 28. I canali 38” sono preferibilmente allineati al flusso d'aria di aspirazione, al movimento di caricamento ed al flusso di scarico del motore, i quali, in un motore a quattro valvole tipico con flusso vorticoso, si presentano tutti nella stessa direzione. L'allineamento dei canali 28” al flusso d'aria aumenta il coefficiente di trasferimento calore, il quale, potenzialmente, aumenta ulteriormente la temperatura della superficie di estremità. I canali 38” non comunicano con i passaggi 28 o con il passaggio 40. I canali 38” possono presentare lunghezze, larghezze e/o profondità uguali o diverse.

Un'altra soluzione per aumentare l'area superficiale della superficie di estremità esterna 30 è quella di aumentare le dimensioni e l'altezza della protuberanza 32. Tuttavia, tale approccio presenta limiti e svantaggi. Anzitutto, l'aumento delle dimensioni e dell'altezza della protuberanza 32 senza variare i componenti interni, come ad esempio la lunghezza dell'ago dell'iniettore di carburante, determina sezioni di un certo spessore che riducono il trasferimento di calore al carburante e determina la necessità di orifizi a gradini la cui realizzazione, notoriamente, non è ottimale. Qualora siano mantenute sezioni più sottili, l'unità ago dell'armatura deve essere allungata, impattando sulla produzione dei componenti e sugli utensili di assemblaggio. Sezioni più sottili su una protuberanza 32 più grande determinano problemi strutturali potenziali con la sede.

Nonostante le Figure 3A, 4A e 5A mostrino diverse configurazioni della struttura ad aletta, si può notare che possono essere previste altre configurazioni, nella misura in cui l'area superficiale della superficie di estremità 30 aumenti rispetto alla superficie di estremità in assenza della struttura ad aletta. La struttura ad aletta può essere ottimizzata sulla base della massimizzazione dell'area superficiale e della forma dei canali, allo scopo di massimizzare il trasferimento del calore. Vantaggiosamente, la struttura ad aletta non ha impatto sulla configurazione del motore, sulla configurazione del gruppo di iniezione e sugli utensili di assemblaggio. Gli utensili di fabbricazione della sede sono impattati in modo minimo. Inoltre, in luogo della lavorazione della struttura ad aletta, la struttura ad aletta può essere formata in modo semplice tramite un processo di stampaggio ad iniezione metallica.

Le realizzazioni preferite che precedono sono state mostrate e descritte allo scopo di illustrare i principi strutturali e funzionali del presente trovato, così come di illustrare i procedimenti di utilizzo delle realizzazioni preferite, e possono essere soggette a modifiche senza discostarsi da tali principi. Pertanto, il presente trovato include tutte le modifiche ricomprese nell'ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (20)

1. Rivendicazioni 1. Iniettore di carburante dotato di un'aspirazione, di uno scarico, nonché di un passaggio che fornisce un condotto di flusso di carburante dall'aspirazione allo scarico, l'iniettore di carburante comprendente: una struttura a valvola mobile nel passaggio fra una prima posizione ed una seconda posizione; una sede, in corrispondenza dello scarico, avente almeno un passaggio di sede in comunicazione con il passaggio, la sede innestando in modo contiguo una porzione della struttura a valvola nella prima posizione, in tal modo chiudendo l'almeno un passaggio di sede ed impedendo al carburante di uscire dall'almeno un passaggio di sede, la struttura a valvola nella seconda posizione essendo distanziata dall'almeno un passaggio di sede, di modo che il carburante possa muoversi attraverso il passaggio ed uscire attraverso l'almeno un passaggio di sede, la sede comprendendo una superficie di estremità esterna attraverso la quale si estende l'almeno un passaggio di sede, e una struttura ad aletta prevista nella superficie di estremità esterna e realizzata nonché atta ad aumentare un'area superficiale della superficie di estremità esterna rispetto ad un'area superficiale della superficie di estremità esterna in assenza della struttura ad aletta, in cui la superficie di estremità esterna, comprendente la struttura ad aletta, è realizzata nonché atta ad essere riscaldata dai gas di combustione, di modo che la superficie di estremità esterna raggiunga una temperatura maggiore della temperatura che la superficie di estremità esterna raggiungerebbe in assenza della struttura ad aletta, in modo da provocare l'evaporazione del carburante che entra in contatto con la superficie di estremità esterna.
2. 2. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 1, in cui la superficie di estremità esterna include una protuberanza convessa tramite la quale si estende l'almeno un passaggio di sede, la struttura ad aletta essendo prevista nella protuberanza.
3. 3. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 2, in cui la struttura ad aletta comprende una pluralità di canali nella protuberanza, previsti in modo tale da non comunicare con l'almeno un passaggio di sede.
4. 4. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 3, in cui i canali sono configurati in cerchi concentrici che circondano l'almeno un passaggio di sede.
5. 5. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 3, in cui i canali si estendono radialmente rispetto ad un centro della sporgenza e sono adiacenti all'almeno un passaggio di sede.
6. 6. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 3, in cui i canali si estendono linearmente e sono adiacenti all'almeno un passaggio di sede, i canali essendo allineati ad un flusso d'aria di aspirazione di un motore quando l'iniettore è installato nel motore.
7. 7. Iniettore di carburante secondo la rivendicazione 2, in cui la sede è generalmente cilindrica ed include una porzione planare che circonda la protuberanza.
8. 8. Sede per un iniettore di carburante, la sede comprendente: un corpo dotato di superfici che definiscono almeno un passaggio di sede attraverso di esse, una superficie di estremità esterna attraverso la quale si estende l'almeno un passaggio di sede, e un mezzo, previsto nella superficie di estremità esterna, per aumentare un'area superficiale della superficie di estremità esterna rispetto all'area superficiale della superficie di estremità esterna in assenza del detto mezzo, in cui, quando la sede è collocata in un iniettore di carburante associato ad un motore, la superficie di estremità esterna, comprendente il detto mezzo, è realizzata nonché atta ad essere riscaldata dai gas di combustione, di modo che la superficie di estremità esterna raggiunga una temperatura maggiore rispetto alla temperatura che la superficie di estremità esterna raggiungerebbe in assenza del detto mezzo, in modo da provocare l'evaporazione del carburante che entra in contatto con la superficie di estremità esterna.
9. 9. Sede secondo la rivendicazione 8, in cui la superficie di estremità esterna include una protuberanza convessa attraverso la quale si estende l'almeno un passaggio di sede, il detto mezzo essendo previsto nella protuberanza.
10. 10. Sede secondo la rivendicazione 9, in cui il detto mezzo comprende una pluralità di canali nella protuberanza, previsti in modo tale da non comunicare con l'almeno un passaggio di sede.
11. 11. Sede secondo la rivendicazione 10, in cui i canali sono configurati in cerchi concentrici che circondano l'almeno un passaggio di sede.
12. 12. Sede secondo la rivendicazione 10, in cui i canali si estendono radialmente rispetto ad un centro della sporgenza e sono adiacenti all'almeno un passaggio di sede.
13. 13. Sede secondo la rivendicazione 10, in cui i canali si estendono linearmente e sono adiacenti all'almeno un passaggio di sede, i canali essendo allineati al flusso d'aria di aspirazione di un motore quando l'iniettore è associato al motore.
14. 14. Procedimento di riduzione delle emissioni di particolato associato ad un iniettore di carburante, il quale prevede un iniettore di carburante dotato di un'aspirazione; di uno scarico; di un passaggio che definisce un condotto di flusso di carburante dall'aspirazione allo scarico; di una struttura a valvola mobile nel passaggio fra una prima posizione ed una seconda posizione; di una sede, in corrispondenza dello scarico, avente almeno un passaggio di sede in comunicazione con il passaggio, la sede innestando in modo contiguo una porzione della struttura a valvola nella prima posizione, in tal modo chiudendo l'almeno un passaggio di sede ed impedendo al carburante di uscire dall'almeno un passaggio di sede, la struttura a valvola nella seconda posizione essendo distanziata dall'almeno un passaggio di sede di modo che il carburante possa muoversi attraverso il passaggio ed uscire attraverso l'almeno un passaggio di sede, la sede includendo una superficie di estremità esterna attraverso la quale si estende l'almeno un passaggio di sede, e il quale prevede una struttura ad aletta in almeno una porzione della superficie di estremità esterna, per aumentare un'area superficiale della superficie di estremità esterna rispetto ad un'area superficiale della superficie di estremità esterna in assenza della struttura ad aletta.
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 14, in cui la superficie di estremità esterna include una protuberanza convessa tramite la quale si estende l'almeno un passaggio di sede, ed in cui la struttura ad aletta è prevista nelle superfici della protuberanza.
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui la struttura ad aletta è prevista quale pluralità di canali nella protuberanza, in modo tale da non comunicare con l'almeno un passaggio di sede.
17. 17. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui i canali sono configurati in cerchi concentrici che circondano l'almeno un passaggio di sede.
18. 18. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui i canali si estendono radialmente rispetto ad un centro della sporgenza e sono adiacenti all'almeno un passaggio di sede.
19. 19. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui i canali si estendono linearmente ed il procedimento ulteriormente comprende: l'associazione dell'iniettore ad un motore, di modo che i canali siano allineati al flusso d'aria di aspirazione nel motore.
20. 20. Procedimento secondo la rivendicazione 15, in cui la sede è prevista quale generalmente cilindrica ed include una porzione planare che circonda la protuberanza.