ITMI992307A1 - Dispositivo di colloquio per una valvola di iniezione del carburante - Google Patents

Description

Descrizione

L'invenzione concerne un dispositivo di collaudo per un iniettore, il quale presenta un attore ed un dispositivo valvolare, ed un procedimento per far funzionare un tale dispositivo di collaudo.

Per l'alimentazione del carburante di motori a combustione interna vengono in misura crescente utilizzati sistemi di iniezione ad accumulo, nei quali si lavora con pressioni di iniezione molto alte. In questi sistemi di iniezione ad accumulo il carburante viene trasportato, per mezzo di una pompa ad alta pressione, in un accumulatore ad alta pressione, dal quale il carburante viene iniettato tramite iniettori nelle camere di combustione del motore a combustione interna. Un tale iniettore presenta una valvola di iniezione, la quale viene aperta e chiusa idraulicamente da una servovalvola al fine di fissare la curva temporale dell'operazione di iniezione della camera di combustione. La servovalvola viene al riguardo attivata da un attore elettromeccanico, piezoelettrico oppure magnetostrittivo.

Per conseguire una curva di combustione ottimale, l'iniettore viene fatto funzionare con una velocità di intervento rapida e con una piccola quantità iniettata. Allo scopo è necessario che l'iniettore sia regolato con elevata precisione. Ciò vale in special modo per la corsa a vuoto dell'iniettore fissata dall'attore e ‘ dalla servovalvola. Questa impostazione dell'iniettore viene effettuata nello stato dell'arte determinando analiticamente, dalle dimensioni di questi componenti, l'esatta disposizione dei singoli componenti dell'iniettore, in special modo le loro distanze reciproche, che definiscono la corsa a vuoto. A questo scopo però ciascun componente deve essere singolarmente misurato, ciò che è molto oneroso in termini di tempo. Un tale controllo funzionale non è pertanto praticamente anche effettuabile nell'ambito di una fabbricazione in serie. Inoltre, per un funzionamento affidabile dell'iniettore, è importante stabilire come l'impostazione dell'iniettore varia nel corso della sua durata utile, rispettivamente come le pendolazioni della temperatura si ripercuotono sull'impostazione dell'iniettore. Una quantificazione di tali variazioni ha luogo nello stato dell'arte, finora, per il fatto che l'iniettore viene di nuovo smontato, scomposto nei suoi singoli elementi e misurato dopo il funzionamento di prova.

Compito della presente invenzione è quello di predisporre un dispositivo di collaudo per un iniettore, che presenta un attore ed un dispositivo valvolare azionato da un attore, dispositivo di prova che, con onere minimo, consenta un'affidabile collaudo funzionale dell'iniettore, attuabile in serie, ed un procedimento per far funzionare un tale dispositivo .

Questo compito viene risolto per effetto di un dispositivo di collaudo conforme alla rivendicazione 1 e di un procedimento conforme alla rivendicazione 7. Secondo l'invenzione, una nota curva dell'operazione di regolazione del dispositivo valvolare nell'iniettore, attivata da un attore nell'iniettore, viene correlata con una curva della pressione misurata nell'iniettore durante l'effettuazione di una tale operazione di regolazione, per determinare le caratteristiche funzionali dell'iniettore sulla base della curva di pressione misurata. Dalla curva di pressione misurata si possono in special modo determinare la corsa a vuoto nell'iniettore, importante per l'operazione di iniezione, nonché difetti di tenuta nell'iniettore. Oltre a ciò, il collaudo può essere integrato in una fabbricazione in serie a motivo del suo modesto onere temporale.

Conformemente ad una preferita forma di realizzazione, la pressione di collaudo nell'iniettore viene generata preferibilmente tramite l'alimentazione di gas, dato che in seguito a ciò diventa possibile una verifica migliore riguardo a difetti di tenuta e vengono evitati sporcamenti dell'iniettore dovuti all'operazione di collaudo .

L'operazione di regolazione del dispositivo valvolare in occasione del collaudo dell'iniettore viene inoltre attivata, in modo temporalmente ritardato, dopo l'impostazione della pressione di collaudo dell'iniettore, al fine di poter individuare in modo affidabile difetti di tenuta nell1iniettore .

Oltre a ciò, l'attore che serve ad attivare l'operazione di regolazione del dispositivo valvolare nell 'iniettore viene preferibilmente attivato con un segnale di comando a forma di rampa, per cui possono essere correlati in maniera semplice l'andamento nel tempo dell'operazione di regolazione nell'iniettore e la curva di pressione misurata nell 'iniettore.

L'invenzione viene in appresso illustrata più nel dettaglio in relazione al disegno, che fa vedere schematicamente una forma di realizzazione di cui all'invenzione di un dispositivo di collaudo per iniettori del carburante.

Nel disegno è mostrata una rappresentazione di principio di un iniettore 1, il cui funzionamento deve essere verificato tramite l'invenzione. Questo iniettore 1 presenta un corpo 11 dell'iniettore, generalmente costituito da più elementi, che nel disegno è rappresentato in modo semplificato, in due parti, sotto forma di elemento di base 12 ed elemento di testa 13. Questo corpo il dell'iniettore è inoltre provvisto di un foro di guida 14, dalla cui estremità inferiore si dipartono fori di iniezione 15 che si estendono attraverso il corpo 11 dell'iniettore. Nel foro di guida 14 sono inoltre ricavate una camera di comando 26 ed una camera di mandata 16, entrambe le quali sono collegate, attraverso un foro di afflusso ad alta pressione 17, con un'alimentazione 18 del carburante, contemplante un filtro a bacchetta.

Nel segmento inferiore del foro di guida 14 è disposto, in modo mobile, uno spillo 20 dell'ugello, il quale con il proprio cono anteriore di tenuta 21 spinge, nello stato di riposo, su una sede di tenuta 19 ricavata all'estremità del foro di guida 14, chiudendo così i fori di iniezione 15. Lo spillo 20 dell'ugello è provvisto, nel proprio segmento superiore giacente nella zona della camera 16 dell'ugello, di uno spallamento di spinta 22. Lo spillo 20 dell'ugello guarda inoltre con il proprio lato posteriore verso la camera di comando 26, laddove lo spillo 20 dell'ugello viene investito da una forza di chiusura per effetto della pressione del carburante nella camera di comando 26.

Il segmento superiore del foro di guida 14 è collegato con un ritorno 29 del carburante e contempla una servovalvola 23 recante una sede valvolare 28 conica ed una camera valvolare, che segue a questa e che allarga il foro di guida 14, nella quale sono inseriti una sfera valvolare 27 ed una molla valvole 25. La molla valvolare 25 poggia su un riscontro rivolto verso la camera di comando 26 e spinge la sfera valvolare 27, nello stato di riposo della servovalvola 23, sulla sede valvolare 28 conica, per cui è chiuso il collegamento attraverso il foro di guida 14 tra la camera di comando 26 ed il ritorno 29 del carburante. La servovalvola 23 serve a regolare, tramite apertura e chiusura del collegamento tra la camera di comando 26 ed il ritorno 29 del carburante, la pressione del carburante che agisce sul lato posteriore dello spillo 20 dell'ugello nella camera di comando 26, e pertanto a definire in modo temporalmente esatto l'operazione di iniezione. Oltre a ciò, i canali di afflusso e di deflusso del carburante, in corrispondenza della servovalvola 23, presentano strozzature non meglio rappresentate, dalla cui configurazione dipende lo svolgimento nel tempo dell'operazione di iniezione.

La servovalvola 23 è inoltre collegata attraverso uno stantuffo 39 con un attore 24, il quale definisce i tempi di intervento della servovalvola 23. Questo attore 24 può essere fatto funzionare elettricamente e può lavorare secondo il principio piezoelettrico, elettromagnetico oppure magnetostrittivo . Adatta è tuttavia in via di principio anche qualsiasi altra possibile configurazione dell'attore, nel momento in cui essa provvede a tempi di intervento sufficientemente rapidi della servovalvola 23.

L'iniettore l rappresentato nel disegno funziona nel seguente modo: attraverso l'alimentazione 18 del carburante ed il foro di afflusso ad alta pressione 17, carburante viene alimentato ad una pressione molto elevata nella camera di mandata 16 e nella camera di comando 26, che sono ricavate nel foro di guida 14. Nello stato chiuso della servovalvola 23, nel quale la sfera valvolare 27 della servovalvola 23 giace sulla sede valvolare 28 conica ed è interrotto il collegamento tra la camera di comando 26 ed il ritorno 29 del carburante, la forza di chiusura esercitata dalla pressione del carburante nella camera di comando 26, sul lato posteriore dello spillo dell'ugello, supera la forza antagonista esercitata dalla pressione del carburante nella camera di mandata 26 sullo spallamento di spinta 22, in corrispondenza dello spillo 20 dell'ugello, cosicché lo spillo 20 dell'ugello viene spinto, con il proprio cono di tenuta 21, sulla sede di tenuta 19 all'estremità del foro di guida 14 e chiude i fori di iniezione 15.

Tramite l'azionamento dell'attore 24, questo attore aziona la servovalvola 23 attraverso lo stantuffo 39 in modo che la sfera valvolare 27 della servovalvola 23 si sollevi dalla sede valvolare 28 lasciando libero il collegamento, attraverso il foro di guida 14, tra la camera di comando 26 ed il ritorno 29 del carburante. Carburante defluisce allora dalla camera di comando 26, laddove la pressione del carburante nella camera di comando 26 scende al punto che la forza nella camera di mandata 16, esercitata dal carburante sullo spallamento di spinta 22 dello spillo 20 dell'ugello, supera la forza di chiusura sul lato posteriore dello spillo dell'ugello. Lo spillo 20 dell'ugello si solleva allora, con il proprio cono di tenuta 21, dalla sede di tenuta 19 nel foro di guida 14, per cui carburante viene iniettato in una camera di combustione attraverso i fori 15 di iniezione del carburante .

Facendo cessare l'azionamento dell'attore, la servovalvola 23 viene di nuovo attivata in modo che la servovalvola 23, con la propria sfera valvolare 27, ritorni sulla sede valvolare 28 e venga interrotto il collegamento, attraverso il foro di guida 14, tra la camera di comando 26 ed il ritorno 29 del carburante. La pressione del carburante nella camera di comando 26 aumenta allora di nuovo al punto tale che la forza di chiusura sul lato posteriore dello spillo dell'ugello supera la forza antagonista, esercitata sullo spallamento di spinta 22 in corrispondenza dello spillo 20 dell'ugello, dal carburante nella camera di mandata 16, cosicché lo spillo 20 dell'ugello viene spinto con il suo cono di tenuta 21 sulla sede di tenuta 19 in corrispondenza del foro di guida 14, per cui viene posto fine all'operazione di iniezione.

Dato che 1 'iniettore del carburante deve distinguersi per un'elevata durata utile, nonché per una sufficiente stabilità nei confronti di variazioni della temperatura, è importante poter effettuare una verifica funzionale affidabile dell'iniettore, preferibilmente nell'ambito di una fabbricazione in serie. In special modo deve in proposito poter essere verificata con precisione l'impostazione dell'iniettore del carburante relativamente all'operazione di commutazione ed alla quantità iniettata. Ciò vale soprattutto per la corsa a vuoto dell'iniettore, determinata dalla servovalvola 23 e dall'attore 24. Dovrà eventualmente sussistere allora anche la possibilità di riregistrare nell'ambito del procedimento di collaudo i componenti dell'iniettore. Infine, nell'ambito del collaudo, dovrà anche poter essere individuato in modo affidabile se l'iniettore è nel complesso sufficientemente ermetico.

Questi obiettivi vengono soddisfatti per effetto del dispositivo di collaudo di cui all'invenzione. Allo scopo, come è mostrato nel disegno, l'alimentazione del carburante 18 dell'iniettore 1 viene connessa, attraverso una tubazione di mandata 31, ad un generatore di pressione 30 che, nello stato di riposo, quando lo spillo 20 dell'ugello è chiuso, nell'iniettore imposta una pressione predeterminata. Il generatore di pressione 30 alimenta allo scopo nell'iniettore 1 preferibilmente un gas, dato che il gas rispetto al liquido si distingue per una superiore viscosità e perciò per una migliore verifica riguardo a difetti di tenuta. L'utilizzo di gas ha inoltre il vantaggio che i singoli elementi dell'iniettore, in presenza di un riscontrato difetto rispettivamente di una mancata ermeticità, non devono essere onerosamente puliti prima di una riparazione.

Nella tubazione di mandata 31, a valle del generatore di pressione 30, è inoltre disposto un sensore di pressione 32, il quale può misurare continuamente la pressione che regna nell'iniettore 1. Il dispositivo di collaudo 3 presenta oltre a ciò un dispositivo di azionamento, preferibilmente un generatore di segnali 33, il quale è collegato, attraverso linee di attivazione 34, con le connessioni di comando dell'attore 24 nell'iniettore 1. Il generatore di segnali 33, il sensore di pressione 32 ed il generatore di pressione 30 sono collegati con un'unità di analisi 36 attraverso linee di segnale 35a, 35b, 35c nel dispositivo di collaudo 3. Questa unità di analisi 36 può inoltre, come mostrato nel disegno, essere collegata attraverso una linea di segnale 35d con un'unità di registrazione 4 che da parte sua può impegnarsi sul corpo il dell'iniettore, al fine di registrare le distanze tra singoli componenti dell'iniettore 1.

Il dispositivo di collaudo 3 mostrato nel disegno lavora nel seguente modo: l'unità di analisi 36 attiva, attraverso la linea di segnale 35a, il generatore di pressione 30 affinché questo alimenti gas nell'iniettore 1 e così nell'iniettore imposti il valore di pressione predeterminato, che preferibilmente si situa nell'intervallo compreso tra 5 e 100 bar. L'impostazione del valore della pressione viene segnalato dal sensore di pressione 23, attraverso la linea di segnale 35b, all'unità di analisi 36, dopo di che l'unità di analisi 36 interrompe il collegamento tra il generatore di pressione 30 e l'iniettore 1, per esempio tramite una valvola di intercettazione integrata nell'uscita del generatore di pressione.

Contemporaneamente, l'unità di analisi 36 sblocca attraverso la linea di segnale 35c il generatore di segnale 33, affinché questo emetta un predeterminato segnale di attivazione sull'attore 24 attraverso le linee di attivazione 34. Questo segnale di attivazione fa sì che l'attore 24 azioni, attraverso lo stantuffo 39, con un predeterminato andamento temporale, la servovalvola 23 in modo tale che la sfera valvolare 27 della servovalvola 23 si sollevi dalla sede valvolare 28, lasciando libero il collegamento attraverso il foro di guida 14 tra la camera di comando 26 ed il ritorno 29 del carburante, per cui gas defluisce dall'iniettore 1. Ciò fa sì che la pressione del gas impostata nell'iniettore 1 scenda. Durante l'intera operazione di regolazione della servovalvola 23 la pressione nell'iniettore 1 viene continuamente rilevata tramite il sensore di pressione 32 ed inoltrata all'unità di analisi 36.

L'unità di analisi 36 correla i valori di pressione misurati con il predeterminato andamento nel tempo dell'operazione di regolazione e da una comparazione tra la curva della pressione nell'iniettore 1 e curve modello pre-memorizzate definisce le proprietà funzionali della servovalvola 23 . La curva della pressione misurata può al riguardo essere analizzata direttamente oppure può però anche essere prima elaborata ulteriormente, matematicamente, prima di un'analisi. Può a titolo di esempio essere definita la derivazione della curva di pressione misurata, oppure anche possono essere individuate determinate variazioni percentuali nel valore di pressione misurato relativamente al valore di partenza della pressione. I modelli di comparazione pre-memorizzati nell'unità di analisi 36 possono contenere, oltre ad un modello di comparazione che riproduce un'auspicata curva di pressione ideale per l'operazione di regolazione temporalmente predeterminata della servovalvola 23, anche curve di modelli di errore, in relazione alle quali è allora possibile stabilire esattamente dove si è verificato un errore funzionale. L'unità di analisi 36 può allora eseguire anche una diagnosi di errore automatica ed eventualmente attivare, attraverso la linea di segnale 35d, il dispositivo di registrazione 4 che è collegato con l'iniettore 1 e che può allora eliminare l'errore riscontrato. Quando per esempio, in relazione alla curva di pressione rilevata, viene stabilito che la corsa a vuoto definita dall'attore 24 e dalla servovalvola 23 è impostata erroneamente, il dispositivo di registrazione 4 può impostare questa corsa a vuoto sul valore desiderato modificando la distanza tra l'attore 24 e la servovalvola 23.

Nel disegno è rappresentata una curva di pressione nell'iniettore 1, come quella che ci si aspetta dal sensore di pressione 32 nel caso ideale per l'andamento nel tempo, parimenti rappresentato, del segnale di attivazione del generatore di segnale 33. Il segnale di attivazione del generatore di segnale 33 è in proposito configurato - come rappresentato - preferibilmente a forma di rampa, laddove la servovalvola 23 apre solo in presenza di un preassegnato livello del segnale. Questo andamento del segnale semplifica la correlazione tra l'andamento nel tempo dell'operazione di regolazione e la curva di pressione misurata. Inoltre, il generatore di segnali 33 viene attivato in modo ritardato dall'unità di attivazione 36, preferibilmente in ragione di 0,5 fino a 2 secondi dopo la conclusione dell'operazione di generazione della pressione nell'iniettore 1 da parte del generatore di pressione 30, per poter così individuare trafilamenti permanenti nell'iniettore, individuabili a motivo di una caduta della pressione, prima dell'operazione di regolazione propriamente detta della servovalvola 23, nella curva di pressione misurata dal sensore di pressione 32 .

Con l'operazione di collaudo descritta viene sostanzialmente controllato solo il funzionamento della servovalvola 23, dato che il valore di pressione del gas, generata dal generatore di pressione 30 nell'iniettore 1, di 5 fino a 100 bar non è sufficiente per aprire lo spillo 20 dell'ugello in antagonismo alla pressione di tenuta di una molla non rappresentata dell'ugello, che spinge lo spillo 20 dell'ugello contro la sede di tenuta 19. In via di principio è tuttavia possibile aumentare nell'iniettore 1 la pressione provocata dal generatore di pressione 30 in misura tale che l'intera operazione di iniezione, unitamente al sollevamento dello spillo 20 dell'ugello, venga simulata e verificata per correlazione con la curva di pressione misurata nel corso dell'operazione di iniezione.

Sussiste inoltre anche la possibilità di verificare, con il dispositivo di collaudo di cui all'invenzione, l'iniettore 1 esclusivamente riguardo alla sua ermeticità, nel momento in cui, dopo l'impostazione del valore di pressione nell'iniettore 1 tramite il generatore di pressione 30, dall'unità di analisi 26 viene interrotto il collegamento tra il generatore di pressione 30 e l'iniettore 1 attraverso la valvola di intercettazione integrata nell'uscita del generatore di pressione, e dal sensore di pressione 32 viene misurata la pressione nell'iniettore 1 per un determinato intervallo di tempo. In relazione a questa curva di pressione misurata l'unità di analisi 36 può allora individuare difetti di tenuta.

Nel caso del dispositivo di collaudo 3 rappresentato nel disegno il sensore di pressione 32 è connesso all'alimentazione 18 del carburante nell 'iniettore 1 e misura così la caduta di pressione provocata nell'iniettore dall'operazione di iniezione. In alternativa, il sensore di pressione può anche connesso per esempio ad un ritorno del carburante 29 dell'iniettore 1, per individuare un aumento della pressione nel ritorno 29 del carburante, provocato dall'operazione di regolazione della servovalvola 23, cosicché il dispositivo di analisi 36 possa allora trarre conclusioni, dall'andamento dell'aumento della pressione in relazione a predeterminate curve modello, riguardo alla funzionalità dell'iniettore 1. Il generatore di pressione 30 può inoltre essere anche connesso direttamente, senza interposizione di una tubazione di mandata, alla connessione di afflusso 18 dell'iniettore 1, per così tenere minimo il volume della pressione prodotto dal generatore di pressione e provocare una caduta massima di pressione nell'iniettore per effetto dell'operazione di regolazione. L'intero dispositivo di collaudo 3 può inoltre essere integrato in un corpo, nel quale può allora essere inserito l'iniettore 1.

Il dispositivo di collaudo di cui all'invenzione si distingue per un'elevata compatibilità con la produzione in serie, dato che è necessaria soltanto una verifica di breve durata ed oltre a ciò può aver luogo un'analisi automatica.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1.- Dispositivo di collaudo per un iniettore (1), il quale presenta un attore (24) ed una valvola (23, 20) azionata dall'attore, comprendente un dispositivo generatore di pressione (30), che può essere connesso all'iniettore e serve ad impostare una predeterminata pressione nell 'iniettore, un sensore di pressione (32), che può essere connesso all1iniettore e serve a misurare una pressione regnante nell'iniettore, e un dispositivo di analisi, che è collegato con il sensore di pressione e serve a correlare temporalmente la curva di pressione nell'iniettore, misurata dal sensore di pressione, con un'operazione di regolazione della valvola attivata dall'attore. 2.- Dispositivo di collaudo secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre un dispositivo di azionamento (33), che può essere connesso all'iniettore (1) al fine di conferire all'operazione di regolazione della valvola, attivata dall'attore (24), un preassegnato andamento nel tempo. 3.- Dispositivo di collaudo secondo la rivendicazione 2, laddove il dispositivo di azionamento (33) alimenta l'attore (24) con un segnale di attivazione a forma di rampa. 4 .- Dispositivo di collaudo secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 3, laddove il dispositivo generatore di pressione (30) può essere connesso ad un'alimentazione (18) del carburante oppure ad un ritorno del carburante sull'iniettore (1). 5 .- Dispositivo di collaudo secondo una delle rivendicazioni l fino a 4, laddove il dispositivo generatore di pressione (30) è concepito per alimentare un gas nell'iniettore, al fine di generare una pressione di preferibilmente 5 fino a 100 bar. 6 .- Dispositivo di collaudo secondo una delle rivendicazioni 1 fino a 5, laddove inoltre è previsto un dispositivo di registrazione (4) che è collegato con il dispositivo di analisi (36) e che corregge la corsa a vuoto della valvola (23) riregolando la disposizione spaziale della valvola e dell'attore quando il dispositivo di analisi (36) individua uno scostamento tra la curva di pressione misurata nell'iniettore ed una curva di pressione ideale, preassegnata. 7.- Procedimento per collaudare un iniettore, il quale presenta un attore ed una valvola azionata dall'attore, comprendente i passi: impostazione di una pressione nell'iniettore; attivazione di un'operazione di regolazione della valvola da parte dell'attore,· misurazione della pressione regnante nell'iniettore durante l'operazione di regolazione,· e correlazione temporale della curva di pressione misurata nell'iniettore con l'operazione di regolazione della valvola. 8.- Procedimento secondo la rivendicazione 7, laddove nell'iniettore viene alimentato un gas al fine di generare una pressione di preferibilmente 5 fino a 100 bar. 9.- Procedimento secondo la rivendicazione 7 oppure 8, laddove l'attore viene attivato con un segnale di comando a forma di rampa per dare inizio all'operazione di regolazione della valvola. 10.- Procedimento secondo la rivendicazione 7 fino a 9, laddove l'operazione di regolazione viene avviata con un ritardo di preferibilmente 0,5 fino a 2 secondi dopo l'impostazione della pressione nell'iniettore . 11.- Procedimento secondo una delle rivendicazioni 7 fino a 10, laddove una corsa a vuoto della valvola viene registrata quando viene individuato uno scostamento tra la curva di pressione misurata nell'iniettore ed una curva di pressione ideale, preassegnata.