ITMI20092230A1 - Impianto di alimentazione di carburante ad un motore a combustione interna - Google Patents

Description

“IMPIANTO DI ALIMENTAZIONE DI CARBURANTE AD UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAâ€

La presente invenzione à ̈ relativa ad un impianto di alimentazione di carburante ad un motore a combustione interna.

In particolare, la presente invenzione à ̈ relativa ad un impianto di alimentazione di carburante ad un motore a combustione interna, in cui l’impianto di alimentazione à ̈ del tipo comprendente un serbatoio per il carburante; un collettore di distribuzione del carburante ad alta pressione; un gruppo di pompaggio, il quale collega il serbatoio ed il collettore tra loro e comprende, in serie, una pompa di pre-alimentazione, che à ̈ atta ad aspirare il carburante dal serbatoio e presenta una camera di aspirazione, ed una pompa di alta pressione provvista di almeno un pompante; un’unità di dosaggio atta a ricevere il carburante dalla pompa di pre-alimentazione per alimentare quantità dosate di carburante al pompante; e mezzi di regolazione di flusso disposti a valle dell’unità di dosaggio per controllare il flusso di carburante alimentato al pompante.

Durante il normale funzionamento dell’impianto, quando non viene richiesta potenza al motore, per esempio nel caso in cui il motore sia in condizione di fuori-giri o quando il veicolo proceda in discesa, l’unità di dosaggio viene chiusa in modo tale che il carburante non possa più raggiungere il pompante, ma confluisca, a monte dell’unità di dosaggio, in un ramo di ricircolo, tramite il quale il carburante viene convogliato nuovamente al serbatoio oppure ad un punto del circuito a monte della pompa di prealimentazione.

Tuttavia, nella pratica, quando l’unità di dosaggio viene chiusa, si riscontra, per motivi strutturali e funzionali dell’unità di dosaggio stessa, un certo trafilamento di carburante, il quale, se non fossero presi provvedimenti, raggiungerebbe il pompante e, in fase di aspirazione della pompa di alta pressione, verrebbe aspirato e successivamente alimentato al collettore di distribuzione con il rischio di fare aumentare in maniera eccessiva la pressione all’interno del collettore stesso.

Per ovviare a questo problema, gli impianti noti del tipo sopra specificato vengono provvisti dei citati mezzi di regolazione, i quale sono definiti, normalmente, da una resistenza idraulica o strozzatura montata lungo un ramo di ritorno disposto in uscita dall’unità di dosaggio e confluente nel ramo di ricircolo.

In questo modo, regolando opportunamente la pressione di apertura della valvola di aspirazione del pompante, à ̈ possibile fare sì che tutto il carburante che trafila dalla unità di dosaggio chiusa confluisca, attraverso la strozzatura, nel ramo di ritorno e, da quest’ultimo, nel ramo di ricircolo senza raggiungere il pompante.

Una soluzione del tipo sopra descritto, pur avendo dato prova di risolvere il problema in maniera sufficientemente efficace, soffre, tuttavia, di un inconveniente riconducibile, principalmente, al fatto di richiedere l’introduzione di specifici componenti meccanici, quali il ramo di ritorno e l’elemento che realizza la strozzatura, gravando, in questo modo, sulla compattezza e l’economicità dell’impianto e rendendo, di conseguenza, questa soluzione poco appetibile per le case automobilistiche, per le quali il contenimento degli ingombri e dei costi di produzione sono diventati criteri essenziali di scelta.

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un impianto di alimentazione di carburante ad un motore a combustione interna, il quale impianto consenta di eliminare l’inconveniente sopra descritto.

Secondo la presente invenzione viene fornito un impianto secondo quanto licitato nella rivendicazione 1 e, preferibilmente, in una qualsiasi delle rivendicazioni successive dipendenti direttamente o indirettamente dalla rivendicazione 1.

L’invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

- la figura 1 illustra un diagramma funzionale di una preferita forma di attuazione dell’impianto della presente invenzione; e

- le figure 2 e 3 illustrano, in sezione, secondo rispettivi piani di sezione tra loro ortogonali, e con parti asportate per chiarezza, un particolare della figura 1.

Nella figura 1, con 1 Ã ̈ indicato nel suo complesso un impianto per alimentare carburante, sostanzialmente gasolio, ad un motore (non illustrato) a combustione interna, in particolare un motore del tipo a ciclo Diesel installato su un veicolo (non illustrato).

L’impianto 1 comprende un serbatoio 2 di carburante, un collettore 3 di distribuzione del carburante, ed un gruppo 4 di pompaggio del carburante dal serbatoio 2 al collettore 3.

Il collettore 3 à ̈ definito da un contenitore, generalmente noto come COMMON RAIL, il quale à ̈ atto a contenere il carburante al proprio interno ad una pressione dell’ordine di 1800-2000 bar ed à ̈ collegato al motore (non illustrato) tramite una pluralità di iniettori (non illustrati) di tipo noto.

Il gruppo 4 di pompaggio comprende, a sua volta, una pompa di pre-alimentazione 5, nella fattispecie del tipo ad ingranaggi, ed una pompa di alta pressione 6, nella fattispecie del tipo volumetrico a pistoni 7, disposte in serie lungo un circuito idraulico 8, che collega tra loro il serbatoio 2 ed il collettore 3 attraverso il gruppo 4 di pompaggio stesso.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, la pompa di pre-alimentazione 5 e la pompa di alta pressione 6 sono inserite all’interno di un corpo pompa comune, attraverso il quale à ̈ montato un albero motore 9 (di cui solo una parte à ̈ illustrata nella figura 2) per l’azionamento di entrambe le pompe e girevole attorno ad un asse 10.

In particolare, con riferimento alle figure 1 e 2, la pompa di alta pressione 6 comprende un corpo pompa 11, al cui interno à ̈ ricavato un vano 12 atto ad alloggiare parte di un meccanismo 13 di attuazione dei pistoni 7 e comunicante con due cavità cilindriche disposte a V, ciascuna delle quali alloggia, in maniera assialmente scorrevole, l’estremità di un relativo pistone 7 e comunica con il circuito idraulico 8 attraverso una valvola di alimentazione 14 ed una valvola di mandata 15, che sono incassate all’interno del corpo pompa 11 e sono di tipo noto.

Il meccanismo 13 di attuazione comprende, oltre al summenzionato albero motore 9, una camma 16, la quale à ̈ calettata sull’albero motore 9 ed ha la forma di un solido a sezione sostanzialmente ellittica presentante due lobi disposti simmetricamente da bande opposte dell’asse 10, e, per ciascun pistone 7, una relativa punteria 17 a rullo, la quale à ̈ accoppiata alla camma 16 per trasformare, in uso, il moto rotatorio della camma 16 stessa nel moto alternato del rispettivo pistone 7.

Ovviamente, la struttura della pompa di alta pressione 6 illustrata e descritta ha solo uno scopo esemplificativo; secondo diverse forme di attuazione, il numero dei pistoni 7 può essere differente da due e/o la camma 16 può essere sostituita da un anello poligonale di tipo noto accoppiato a ciascun pistone 7 in maniera scorrevole tramite un relativo elemento intermedio.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, la pompa di pre-alimentazione 5 comprende un corpo pompa 18, il quale à ̈ flangiato su una porzione di estremità del corpo pompa 12 e presenta internamente un vano 19 di alloggiamento di due ingranaggi 20 e 21, i quali definiscono, all’interno del vano 19 stesso, una camera 22 di aspirazione comunicante con un ingresso 23 del carburante ed una camera di compressione 24 comunicante con una mandata 25 del carburante.

Dei due ingranaggi 20 e 21, l’ingranaggio 20 (che à ̈ posto in basso nella figura 3) à ̈ un ingranaggio conduttore ed à ̈ calettato direttamente sull’albero motore 9 per trascinare, in uso, l’ingranaggio 21 in rotazione attorno ad un asse 26 parallelo all’asse 10 e coassiale ad un albero 27 fisso, sul quale l’ingranaggio 21 à ̈ montato folle tramite una bronzina 28. L’albero motore 9 si estende, nel corpo pompa 18, all’interno di un foro 29 (figura 2), il quale à ̈ coassiale all’asse 10 e comunica con il vano 12 della pompa di alta pressione 6.

Secondo quanto illustrato nello schema funzionale della figura 1, il circuito 8 comprende una porzione di mandata P1 del carburante dal serbatoio 2 al motore (non illustrato), ed una porzione di ritorno P2, al serbatoio 2, del carburante in eccesso e non assorbito dal motore (non illustrato).

Più in dettaglio, la porzione di mandata P1 comprende: - un ramo di collegamento 30 tra il serbatoio 2 e l’ingresso 23 della pompa di pre-alimentazione 5; lungo il ramo di collegamento 30 sono disposti in serie un prefiltro 31, una pompa di priming 32 di tipo manuale ed una strozzatura 33;

- una coppia di rami di by-pass 34a, 34b connessi al ramo di collegamento 30 a monte della pompa di pre-alimentazione 5 ed atti a by-passare la pompa di pre-alimentazione 5 in direzioni di flusso differenti a seconda delle condizioni di utilizzo; i rami di by-pass 34 comprendono rispettive valvole di non ritorno 35a, 35b;

- un ramo di mandata 36 collegato alla mandata 25 della pompa di pre-alimentazione 5 ed ai rami di by-pass 24a e 24b; il ramo di mandata 36 si estende attraverso un filtro 37 ed à ̈ atto a ricevere il carburante dalla pompa di prealimentazione 5 ad una pressione dell’ordine di 9 bar per alimentare all’interno del vano 12 della pompa di alta pressione 6 il carburante, di cui parte viene impiegato per la lubrificazione del meccanismo 13 di attuazione e parte per alimentare i pompanti della pompa di alta pressione 6; - un ramo di distribuzione 38, che à ̈ atto a ricevere il carburante dal vano 12 e presenta una pluralità di diramazioni 39, ciascuna delle quali à ̈ collegata ad una rispettiva valvola di alimentazione 14 della pompa di alta pressione 6; lungo il ramo di distribuzione 38, a monte delle diramazioni 39, à ̈ disposta una unità di dosaggio 40, la quale permette il passaggio di una quantità determinata di carburante, che grossomodo corrisponde al fabbisogno del motore, proveniente dal vano 12 attraverso un filtro 41; secondo quanto illustrato nella figura 2, l’unità di dosaggio 40 à ̈ alloggiata in una rispettiva sede 42 ricavata nel corpo pompa 11.

- due rami ad alta pressione 43, ciascuno dei quali à ̈ disposto a valle di una rispettiva valvola di mandata 15 della pompa di alta pressione 6 e confluisce nel collettore 3.

La porzione di ritorno P2 comprende:

- un ramo di raccolta 44 del carburante di ricircolo estendentesi tra il motore (non illustrato) ed il serbatoio 2;

- un ramo di scarico 45 disposto in uscita dal collettore 3, confluente nel ramo 44 e comprendente una valvola di dosaggio 46 ed una valvola di non ritorno 47, disposta in parallelo alla valvola di dosaggio 45, aventi la funzione di mantenere la pressione all’interno del collettore 3 al di sotto di un valore massimo prestabilito;

- un ramo di ritorno 48, il quale à ̈ disposto in uscita dal ramo di mandata 38 a monte dell’unità di dosaggio 40 e confluisce in una valvola di troppo pieno 49 attraverso un filtro 50;

- un ramo di ricircolo 51 disposto in uscita dalla valvola di troppo pieno 49 e confluente nel ramo di collegamento 30 a monte della pompa di pre-alimentazione 5 per convogliare nel ramo di collegamento 30 il carburante in eccesso non assorbito dall’unità di dosaggio 40;

- un ramo di ricircolo 52 in uscita dalla valvola di troppo pieno 49 e confluente, attraverso un paio di strozzature, nel ramo di raccolta 44 per convogliare al serbatoio 2 il carburante in eccesso che defluisce dal vano 12 della pompa di alta pressione 6.

La porzione di ritorno P2 del circuito 8 comprende, infine, un ramo di ritorno 53, il quale à ̈ disposto in uscita dal ramo 38 a valle dell’unità di dosaggio e a monte delle diramazioni 39, confluisce nella camera 22 di aspirazione della pompa di pre-alimentazione e comprende, in una sua porzione terminale, una strozzatura 54.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 3, nella pratica, il ramo di ritorno 53 à ̈ definito da un foro realizzato attraverso l’assieme costituito dal corpo pompa 11 e dal corpo pompa 18 assemblati tra loro. In particolare, il ramo di ritorno 53 comprende un primo tratto 55, che si estende attraverso il corpo pompa 11 a partire da una zona della sede 42 disposta in corrispondenza di un’uscita dell’unità di dosaggio 40, ed un secondo tratto 56, che si estende attraverso il corpo pompa 18 e comprende, a sua volta, una porzione di ingresso 57 allargata comunicante con una porzione terminale del primo tratto 55, una porzione intermedia, ed una porzione terminale costituita da un foro calibrato e definente la summenzionata strozzatura 54.

Il primo tratto 55 ed il secondo tratto 56 sono sostanzialmente allineati tra loro ed il foro calibrato (che verrà nel seguito indicato con il numero 54 di riferimento della strozzatura 54) sfocia nella camera 22 di aspirazione attraverso una superficie della camera 22 di aspirazione stessa sostanzialmente perpendicolare all’asse 10. La strozzatura 54 può essere realizzata per mezzo di un componente esterno piantato nel tratto 55 o 56 oppure realizzato per lavorazione direttamente nei tratti suddetti.

Secondo quanto illustrato con maggior chiarezza nel dettaglio della figura 3, il foro calibrato 54 sfocia in una zona della camera 22 di aspirazione esterna alla zona di sovrapposizione degli ingranaggi 20 e 21; questo accorgimento fa sì che, in corrispondenza dell’uscita del foro calibrato 54, la pressione non venga influenzata dalle onde d’urto generate dallo spostamento dei denti degli ingranaggi 20 e 21.

Il ramo di ritorno 53, mettendo in comunicazione l’uscita dell’unità di dosaggio 40 con la camera 22 di aspirazione della pompa di pre-alimentazione 5, consente, durante il funzionamento dell’impianto 1, di fare defluire una certa quantità di carburante dal ramo di mandata 38 verso la pompa di pre-alimentazione 5; in particolare, il foro calibrato 54 viene dimensionato in modo tale che, quando, in determinate condizioni operative, l’unità di dosaggio 40 viene chiusa per non alimentare carburante ai pistoni 7, defluisca attraverso il ramo di ritorno 53 una quantità di carburante pari alla quantità di carburante che riesce comunque a trafilare dall’unità di dosaggio 40 chiusa evitando, in questo modo, che tale carburante raggiunga i pistoni 7 e venga alimentato al collettore 3.

I vantaggi che derivano dalla presente invenzione sono riconducibili principalmente al fatto che il foro calibrato 54 e tutto il ramo di ritorno 53 vengono realizzati per semplice asportazione di materiale dai corpi pompa 11 e 18 e non richiedono, pertanto, l’installazione di specifici componenti.

Un ulteriore notevole vantaggio deriva dal fatto che, collegando il foro calibrato 54 direttamente con la pompa di pre-alimentazione 5, la pressione all’uscita del foro calibrato 54 à ̈ inferiore alla pressione atmosferica, ossia à ̈ inferiore alla pressione che si avrebbe se il ramo di ritorno sfociasse in un punto del ramo di raccolta 44 o del ramo di ricircolo 51 o 52. Questo consente di ridurre proporzionatamente la pressione di apertura delle valvole di alimentazione 14 dei pistoni 7 migliorando, in questo modo, il funzionamento della pompa di alta pressione 6 sia in fase di avviamento, sia a regime.

Il funzionamento dell’impianto 1 discende chiaramente da quanto sopra descritto e non richiede ulteriori spiegazioni.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di alimentazione di carburante ad un motore a combustione interna, l’impianto (1) comprendendo: - un serbatoio (2) per il carburante, - un collettore (3) di distribuzione del carburante ad alta pressione; - un gruppo di pompaggio (4) collegante il serbatoio (2) ed il collettore (3) tra loro e comprendente, in serie, una pompa di pre-alimentazione (5), che à ̈ atta ad aspirare il carburante dal serbatoio (2) e presenta una camera (22) di aspirazione, ed una pompa di alta pressione (6) provvista di almeno un pompante (7); - un’unità di dosaggio (40) atta a ricevere il carburante dalla pompa di pre-alimentazione (5) per alimentare quantità dosate di carburante al pompante (7); e - mezzi di regolazione (54) di flusso disposti a valle dell’unità di dosaggio (40) per controllare il flusso di carburante alimentato al pompante (7); l’impianto essendo caratterizzato dal fatto di comprendere un ramo di ritorno (53) disposto in uscita dall’unità di dosaggio (40) e confluente nella detta camera (22) di aspirazione della pompa di pre-alimentazione (5); i detti mezzi di regolazione (54) essendo disposti lungo il detto ramo di ritorno (53).
2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui i detti mezzi di regolazione (54) comprendono dei mezzi a strozzatura (54).
3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la pompa di pre-alimentazione (5) e la pompa di alta pressione (6) sono assemblate per formare un singolo corpo pompa; il ramo di ritorno (53) essendo definito da un foro (53) ricavato nel detto singolo corpo pompa ed i mezzi di regolazione (54) essendo definiti da una porzione a diametro ridotto del detto foro (53).
4. 4. Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la pompa di pre-alimentazione (5) comprende un primo corpo pompa (18), in cui à ̈ ricavata la detta camera (22) di aspirazione; i detti mezzi di regolazione (54) essendo definiti da un foro (54) calibrato realizzato nel primo corpo pompa (18).
5. 5. Impianto secondo la rivendicazione 4, in cui la pompa di alta pressione (6) comprende un secondo corpo pompa (11) provvisto di una sede (42) per alloggiare l’unità di dosaggio (40); il ramo di ritorno (53) comprendendo un primo tratto (55) realizzato nel secondo corpo pompa (11) e comunicante con la sede (42), ed un secondo tratto (56) realizzato nel primo corpo pompa (18) e comunicante, ad una estremità, con il primo tratto (55) e, all’estremità opposta, con la camera (22) di aspirazione tramite il foro (54) calibrato.
6. 6. Impianto secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui la pompa di pre-alimentazione (5) Ã ̈ una pompa ad ingranaggi e comprende una coppia di ingranaggi (20, 21) ingrananti tra loro; il foro (54) calibrato confluendo in una zona della camera (22) di aspirazione esterna ad una zona di sovrapposizione degli ingranaggi (20, 21).