ITRM20000328A1 - Procedimento e dispositivo per l'accertamento di una perdita in un sistema di iniezione di carburante. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo:

,,PROCEDIMENTO E DISPOSITIVO PER L'ACCERTAMENTO DI UNA PERDITA IN UN SISTEMA DI INIEZIONE DI CARBURANTE''

L'invenzione concerne un procedimento per il rilevamento di una perdita di un sistema di iniezione di carburante secondo il preambolo delle rivendicazioni brevettuali 1 e 7 nonché un dispositivo per l'esecuzione dei procedimenti definiti nelle rivendicazioni 1 e 7.

Nei moderni motori a combustione interna, una essenziale esigenza è quella che il motore abbia un consumo più basso possibile insieme ad un andamento ottimale di potenza e di coppia. A questo riguardo si sono potuti ottenere notevoli progressi specialmente attraverso lo sviluppo di efficienti sistemi di iniezione di carburante. Così, ad esempio, nei motori Diesel e a benzina si impiegano sistemi di iniezione di carburante common-rail in cui il carburante viene prelevato da un serbatoio tramite una pompa di prealimentazione e viene addotto ad una pompa ad alta pressione tramite una tubazione di alimentazione.

Tramite detta pompa, il carburante viene caricato con alta pressione (nei motori a combustione interna, fino a 2000 bar e nei motori a benzina, fino a 400 bar) ed inviato ad un common-rail al quale sono allacciate le valvole di iniezione. Queste sono attivabili individualmente in modo che la quantità iniettata di carburante di ciascun cilindro sia regolabile. Con questa distribuzione individuale della quantità di carburante iniettata nei cilindri è possibile ottimizzare il motore a combustione interna dal punto di vista dei criteri citati all'inizio.

Come pompa ad alta pressione, nei sistemi di iniezione di carburante descritti precedentemente spesso si impiegano pompe a stantuffo radiale in cui più gruppi pompanti vengono azionati tramite un albero ad eccentrico. Questi gruppi pompanti vengono accoppiati tramite un giunto ad un albero del motore a combustione interna, ad esempio all'albero a camme, oppure vengono provvisti di un proprio motore. Il flusso volumetrico di carburante a bassa pressione alimentato dalla pompa di prealimentazione normalmente viene immesso nel basamento della pompa a statuffo radiale e da lì viene condotto, tramite valvole di aspirazione dei gruppi pompanti, nella camera di spinta e, tramite valvole di mandata, viene erogata ad una tubazione ad alta pressione collegata con il commonrail .

A causa della pressionè comparativamente alta nel tubo di alimentazione, si deve rivolge particolare attenzione alla costruzione degli elementi di tenuta che ermetizzano il basamento della pompa ad alta pressione. Tramite questi elementi di tenuta, la pompa ad alta pressione è resa stagna rispetto all'ambiente, però anche rispetto al circuito dell'olio lubrificante del motore. Un particolare pericolo è presente nella zona di accoppiamento con l'albero a camme dal momento che ivi il circuito dell'olio lubrificante del motore e il circuito del carburante sono separati l'uno dall'altro esclusivamente tramite gli elementi di tenuta .

In caso di guasto di una guarnizione di tenuta, a causa dell'alta pressione di alimentazione si possono avere forti perdite che, ad esempio, possono sporcare/diluire l'olio lubrificante del motore oppure costituire un pericolo per l'ambiente a causa della fuoriuscita di carburante.

Per questo motivo è indispensabile evitare una tale perdita mediante accorgimenti costruttivi e, in caso di sinistro, prendere misure appropriate.

In linea di principio, per il rilevamento di perdite si potrebbero impiegare gli usuali sensori di carburante, mediante i quali poter riconoscere la fuoriuscita di carburante ed inviare un corrispondente segnale al conducente. Però, tali accorgimenti sono utilizzabili solo limitatamente dal momento che questi presuppongono che il sensore sia disposto nel punto di perdita e che fuoriesca anche una notevole quantità di carburante .

Al contrario, l'invenzione si prefigge il compito di realizzare un procedimento per il rilevamento di una perdita nonché un dispositivo per l 'esecuzione di questo procedimento mediante i quali sia possibile riconoscere le perdite con un minimo dispendio tecnico per il dispositivo.

Questo compito viene risolto con un procedimento secondo le rivendicazioni brevettuali dipendenti 1 e rispettivamente 7 nonché con dispositivi per l'esecuzione dei procedimenti secondo le rivendicazioni brevettuali 9 e rispettivamente 10.

Secondo una prima alternativa, una perdita viene rilevata mediante comparazione del flusso volumetrico di iniezione alimentato dalla pompa ad alta pressione all'impianto di iniezione laddove, superando una differenza prestabilita tra i due flussi volumetrici citati, si può inviare un segnale di comando alla distribuzione del motore che, ad esempio, può provocare l'arresto della pompa di prealimentazione oppure del motore .

Secondo la seconda alternativa, come pompa ad alta pressione si può impiegare una pompa a numero di giri regolato. Il numero di giri della pompa ad alta pressione viene usato per rilevare una pressione di alimentazione nominale dalla caratteristica di pompaggio. Contemporaneamente si rileva la pressione di alimentazione reale della pompa ad alta pressione tramite un sensore di pressione e la si confronta con il valore nominale. Se il valore reale è inferiore alla pressione di alimentazione nominale che si ottiene dal numero di giri impostato per una misura superiore ad una tolleranza prestabilita, la gestione del motore invia un segnale di perdita alla distribuzione del motore e prende un adeguato accorgimento.

I valori nominali e reali possono essere assegnati direttamente secondo l'invenzione oppure possono essere ottenuti da valori misurati dai quali si possono ricavare i valori nominali e reali del flusso volumetrico dì alimentazione.

Secondo l'invenzione, il flusso volumetrico di carburante oppure la pressione di alimentazione della pompa ad alta pressione oppure un altro parametro appropriato viene confrontato con un valore nominale e, se si supera o si scende al di sotto di un ambito di tolleranza, viene emesso un segnale di perdita. In questo modo, l'invenzione consente di rilevare, in modo affidabile e con minimo dispendio di misurazione e regolazione tecnica, una perdita e prendere immediatamente accorgimenti adeguati per evitare un danno all'ambiente oppure al motore.

In una variante del procedimento secondo l'invenzione si impiega la variazione del livello di riempimento del serbatoio per il calcolo del flusso volumetrico di carburante.

In alternativa, si può determinare il flusso volumetrico di carburante alimentato dalla pompa di prealimentazione ed anche il flusso volumetrico di iniezione alimentato dalla pompa ad alta pressione direttamente dalla differenza di pressione tra due dati rilevati di ciascun livello di flusso di carburante.

In caso di sistemi di iniezione di carburante common-rail, il carburante in eccesso viene ricondotto, tramite una valvola limitatrice di pressione e una tubazione di ritorno, nel tubo di alimentazione. In questo caso si preferisce che la misurazione del flusso volumetrico di carburante avvenga in una zona a monte dell'imbocco della tubazione di ritorno nel tubo di alimentazione .

In un esempio di esecuzione preferito, i valori limite, a partire dai quali viene inviato un segnale di perdita alla distribuzione del motore, vengono progettati in modo variabile in funzione dei parametri di esercizio del motore.

Altri sviluppi vantaggiosi dell'invenzione sono oggetto delle altre rivendicazioni dipendenti.

In seguito vengono illustrati più dettagliatamente esempi di esecuzione preferiti dell'invenzione con riferimento a disegni schematici. In essi:

La figura l mostra una prospettiva a blocchi di un sistema di iniezione di carburante common-rail,

la figura 2 mostra un diagramma sequenziale di un primo esempio di esecuzione di un procedimento per il rilevamento di una perdita e

la figura 3 mostra un diagramma sequenziale di un esempio di esecuzione alternativo in cui viene impiegata una pompa ad alta pressione a numero di giri regolato .

Nella figura 1 è rappresentato uno schema di base di un sistema di iniezione di carburante commonrail 1 per un motore a benzina.

Secondo detto schema, il carburante viene aspirato con un pompa di prealimentazione 2 da un serbatoio di carburante T ed inviato, tramite un tubo di alimentazione 4, al raccordo di aspirazione 6 di una pompa ad alta pressione 8. Nel tubo di alimentazione 4 è previsto un filtro di carburante 10 per la separazione delle impurità.

Il carburante viene caricato con pressione per mezzo della pompa ad alta pressione 8 ed inviato, tramite un raccordo di mandata 12, ad un tubo di mandata 14 mediante il quale il carburante sotto pressione viene inviato ad un common-rail 16. Al common-rail 16 sono allacciate valvole di iniezione di carburante 18, le quali sono associate di volta in volta ad un cilindro del motore a combustione interna. Le valvole di iniezione 18 vengono attivate tramite una distribuzione 20 del motore in modo da poter pilotare individualmente l’andamento di iniezione in ogni cilindro per l'ottimizzazione dell'andamento della combustione.

La pressione nel common-rail 16 viene limitata tramite una valvola limitatrice di pressione 22, la quale, quando si supera una pressione massima prestabilita dalla distribuzione 20 del motore, apre un collegamento che porta ad una tubazione di ritorno 24, al fine di riportare carburante dal common-rail 16 per la riduzione della pressione nel tubo di alimentazione 4. Nell'esempio di esecuzione rappresentato, la tubazione di ritorno 24 sbocca a valle del filtro di carburante 1 nel tubo di alimentazione 4.

Nell'esempio di esecuzione rappresentato nella figura 1, la pompa ad alta pressione 8 è eseguita a guisa di stantuffo radiale, laddove un albero ad eccentrico 26 che aziona i gruppi pompanti non rappresentati è collegato con l'albero a camme del motore di azionamento.

Nelle pompe a stantuffo radiale normalmente impiegate in sistemi di iniezione di carburante sono contenuti più gruppi pompanti, ad esempio tre, nella carcassa della pompa, laddove in un basamento si estende un eccentrico dell'albero relativo 26 contro il quale sono precaricati gli elementi di spinta dei gruppi pompanti in modo che la rotazione dell'eccentrico venga trasfromata in una corsa di aspirazione o di compressione degli elementi di spinta. Il carburante caricato, ad esempio, con la pressione di prealimentazione da 4 a 5 bar viene immesso tramite il raccordo di aspirazione 6 nel basamento della pompa ad alta pressione 8 e da lì viene aspirato tramite valvole di aspirazione dei gruppi pompanti in ciascuna camera di elementi di spinta. Sarebbe a dire che il carburante contenuto nel basamento della pompa ad alta pressione 8 è caricato con la pressione di prealimentazione in modo che le guarnizioni di tenuta della carcassa della pompa ad alta pressione 8 siano soggette a notevoli sollecitazioni. Particolarmente critica è la zona di passaggio all'albero a camme, dal momento che, in questo segmento, il circuito di carburante e il circuito dell’olio lubrificante del motore sono separati l'uno dall'altro soltanto da guarnizioni dell 'albero. Per quanto riguarda i rischi di una perdita nell'ambito di bassa pressione o di alta pressione della pompa, si è già parlato dettagliatamente nel preambolo della descrizione.

Secondo l'invenzione, per il riconoscimento di perdite di carburante tramite la distribuzione 20 del motore viene tracciata una routine di perdita, la quale è rappresentata in modo fortemente semplificato nella figura 2.

In un primo stadio si rileva il flusso volumetrico di carburante vK prelevato dal serbatoio T e condotto tramite il tubo di alimentazione 4 al raccordo di aspirazione 6 della pompa ad alta pressione 8. Per il rilevamento del flusso volumetrico di carburante VK si dispone di un gran numero di possibilità.

Così,per il rilevamento del flusso volumetrico di carburante VK si può misurare, ad esempio, la variazione del livello di riempimento del serbatoio per unità di tempo e, dalla variazione del contenuto del serbatoio, ricavare il flusso volumetrico di carburante prelevato .

Un'altra possibilità sta nel determinare il flusso volumetrico di carburante prelevato in modo noto indirettamente dalla differenza di pressione tra due dati rilevati nel tubo di alimentazione 4. A seconda di questa differenza si può poi calcolare il flusso volumetrico .

Naturalmente, il flusso volumetrico di carburante Vx può essere rilevato indirettamente o direttamente anche tramite gli altri misuratori di portata, ad esempio i misuratori di portata a differenza di pressione (apparecchi di strozzamento), misuratori di portata magnetoinduttivi ecc.

E' essenziale che i mezzi di misurazione citati siano disposti nella zona a monte della zona d'imbocco della tubazione di ritorno 24 in modo che il valore misurato non venga falsificato dalla quantità di carburante rifluita.

In linea di principio, il punto di rilevamento potrebbe essere rappresentato anche a valle di questa zona di imbocco dal momento che il flusso di carburante rifluito tramite la tubazione di ritorno può essere pure rilevato ed essere considerato nella routine descritta in seguito.

In uno stadio parallelo si rileva il flusso volumetrico di iniezione VB prestabilito nella stessa unità di tempo dalla distribuzione del motore che, ad esempio, può essere calcolato sulla base del flusso volumetrico erogato dalla pompa ad alta pressione 8.

In uno stadio immediatamente successivo si calcola la differenza Δν tra il flusso volumetrico di carburante VK e il flusso volumetrico iniettato VE e si legge un valore limite V* dalla memoria della distribuzione del motore che viene calcolato in funzione di parametri di esercizio del motore. Questi parametri possono essere, ad esempio, le variazioni di numero di giri oppure le variazioni di carico del motore .

In uno stadio comparativo immediatamente successivo si confronta la differenza di flusso volumetrico Δν con il valore limite V*. Nel caso in cui la differenza di flusso volumetrico calcolta Δν è inferiore al valore limite V*, la routine torna al punto di partenza e si compie nuovamente il calcolo citato.

Nel caso in cui la differenza di flusso volumetrico Δν rilevata è maggiore del relativo valore limite V*, viene emesso un segnale di perdita e da parte della distribuzione del motore vengono prese opportune contromisure atte ad evitare danni al motore oppure all'ambiente attraverso la perdita. Ad esempio, questo può contenere l'invio di un segnale d'allarme al conducente, la riduzione della potenza del motore l'arresto della pompa di alimentazione 2 oppure di tutto il motore .

In caso di pompe ad alta pressione a numero di giri regolato si dispone di una routine alternativa per il rilevamento di una perdita - ciò è rappresentato nel diagramma sequenziale secondo la figura 3. In tali pompe a numero di giri regolato, la pressione di alimentazione viene impostata tramite il numero di giri della pompa.

Questo esempio di esecuzione presuppone però il fatto che la pompa ad alta pressione sia provvista di un motore proprio, ad esempio di un motore elettrico in modo che non vi sia un accoppiamento con l'albero a camme .

In un primo stadio si rileva il numero di giri np, della pompa ad alta pressione 8 e, tramite la caratteristica programmata della pompa, si rileva una pressione di alimentazione nominale in funzione del numero di giri della pompa rilevato

Parallelamente al rilevamento della pressione di alimentazione nominale si rileva la pressione di alimentazione reale tramite un rilevatore di pressione nella tubazione di mandata 14 e successivamente si ricava la differenza di pressione Δ dal valore nominale e dal valore reale.

Questa differenza di pressione Δρ viene poi paragonata, nel prossimo stadio, con un valore limite p* che viene calcolato in funzione dei parametri di esercizio citati del motore a combustione interna.

Analogamente all'esempio di esecuzione rappresentato nella figura 2, nel caso la differenza d pressione Δρ è inferiore al valore limite p* si ripete la routine. Se la differenza limite p* supera il valore limite rilevato p*, viene emesso di nuovo un segnale di perdita e da parte della distribuzione 20 del motore viene preso l'accorgimento descritto.

In linea di principio vi è un gran numero d possibilità di confrontare la portata prelevata dal serbatoio T con la quantità di carburante per unità di tempo alimentata al common-rail 16 oppure iniettata tramite le valvole di iniezione 18 nei cilindri in modo che l'invenzione non sia affatto limitata ai metodi di misura descritti precedentemente. Invece che attraverso le formazioni di differenze descritte precedentemente, i parametri Δν, Δρ possono essere ricavati anche mediante formazione di quozienti o in modo diverso.

Inoltre, il valore nominale potrebbe essere determinato anche sulla base del flusso necessario ad azionare la pompa a numero di giri regolato. Da questo valore si può poi determinare il numero di giri e, da questo, si può ottenere la pressione di alimentazione nominale. In altri termini, come base di calcolo sì può prendere, in linea di principio, ogni valore misurato da cui si possono ricavare i valori nominali oppure i valori reali del flusso volumetrico di alimentazione. In questi metodi di misura indiretti si possono impiegare, eventualmente, sensori o misuratori già disponibili in modo che non sia necessario un sensore proprio per il rilevamento di numero di giri oppure per la misurazione della portata.

In caso di impieghi più semplici, i valori limite V* e p* possono essere predefiniti anche come costante.

Sono indicati procedimenti per il rilevamento di una perdita di un sistema di iniezione di carburante in cui da una perdita si riconosce se il flusso volumetrico di carburante prelevato dal serbatoio T supera per un valore limite prestabilito il flusso volumetrico di iniezione alimentato da una pompa ad alta pressione oppure iniettato da valvole di iniezione in cilindri.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Procedimento per il rilevamento di una perdita di un sistema di iniezione di carburante in cui il carburante viene prelevato tramite una pompa di prealimentazione (2) da un serbatoio (T) e inviato ad una pompa ad alta pressione (8) da cui il carburante, caricato con alta pressione, viene inviato direttamente co oppure indirettamente ad un impianto di iniezione (16, 18), caratterizzato dai seguenti stadi: - Rilevamento diretto o indiretto di un flusso volumetrico di carburante (VK) prelevato dal serbatoio (T); - Rilevamento diretto oppure indiretto del flusso volumetrico di iniezione (VE) iniettato oppure alimentato dalla pompa ad alta pressione (8); Rilevamento di un parametro (Δν) dal flusso volumetrico di carburante (VK) e dal flusso volumetrico di iniezione VE e - Invio di un segnale di perdita nel caso in cui il parametro (Δν) supera o scende al di sotto di un valore limite (V*).
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, laddove il flusso volumetrico di carburante (VR) è calcolato con riferimento alla variazione del livello di riempimento nel serbatoio (T).
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione l, caratterizzato dal fatto che il rilevamento dei flussi volumetrici (VK, VE) avviene mediante misurazione della differenza di pressione tra due dati rilevati.
4. 4 . Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il flusso volumetrico di carburante è determinato mediante misurazione diretta nella zona tra serbatoio (T) e pompa ad alta pressione (8) .
5. 5 . Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove il carburante caricato a pressione viene alimentato ad un common-rail (16) al quale sono allacciate valvole di iniezione (18) e laddove una quantità in eccesso viene alimentata tramite una tubazione di ritorno (24) nel tubo di alimentazione (4), caratterizzato dal fatto che il flusso volumetrico di carburante (VK) viene misurato a monte dell'imbocco della tubazione di ritorno (24) nel tubo di alimentazione (4).
6. 6. Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il flusso volumetrico di iniezione (VE) viene ricavato dal numero di giri di una pompa ad alta pressione (8) a numero di giri regolato.
7. 7. Procedimento per il rilevamento di una perdita di un sistema di iniezione di carburante in cui il carburante viene prelevato, tramite una pompa di prealimentazione (2), da un serbatoio (T) e alimentato ad una pompa ad alta pressione (HD) a numero di giri regolato dalla quale il carburante, caricato con alta pressione, viene inviato direttamente oppure co indirettamente ad un impianto di iniezione (16, 18), caraterizzato dai seguenti stadi: - Rilevamento diretto oppure indiretto del numero di giri np della pompa ad alta pressione (8) - Determinazione della pressione di alimentazione nominale da una caratteristica di pompaggio in funzione del numero di giri della pompa np; Misurazione diretta oppure indiretta della pressione di alimentazione reale

   - Calcolo di un parametro (ΔΡ) dalla pressione di alimentazione nominale e dalla pressione di alimentazione reale e - Emissione di un segnale di perdita nel caso in cui il parametro (ΔΡ) supera un valore limite prestabilito (P*)-
8. 8 . Procedimento secondo una delle rivendicazioni precedenti , caratterizzato dal fatto che il valore limite (V*, p*) è variabile in funzione dello stato di esercizio del motore.
9. 9. Dispositivo per il rilevamento di una perdita di un sistema di iniezione di carburante in cui il carburante viene alimentato, tramite una pompa di prealimentazione (2), da un serbatoio (T) ad una pompa ad alta pressione (8) dalla quale il carburante può essere erogato, caricato con alta pressione, direttamente oppure indirettamente ad un impianto di iniezione (16, 18), caratterizzato da: Un sensore per il rilevamento diretto oppure indiretto di un flusso volumetrico di carburante (VK) tra il serbatoio (T) e la pompa ad alta pressione (8); - Un secondo sensore per il rilevamento diretto o indiretto del flusso volumetrico di iniezione (VE) ; - Un dispositivo (20) per il calcolo di un parametro (Δν) dal flusso volumetrico di carburante (VK) e dal flusso volumetrico di iniezione (VE) e per il confronto del parametro (Δν) con un valore limite (V*) e - un dispositivo di trasmissione di segnali (20) per l 'invio di un segnale di perdita nel caso in cui il parametro (Δν) è maggiore o minore del valore limite (V*).
10. 10. Dispositivo per il rilevamento di una perdita di un sistema di iniezione di carburante in cui il carburante viene prelevato tramite una pompa di prealimentazione (2) da un serbatoio (8) e inviato ad una pompa ad alta pressione (8) a numero di giri regolato dalla quale il carburante, caricato con alta pressione, viene erogato, direttamente oppure indirettamente, ad un impianto di iniezione (16, 18), caratterizzato da: Un sensore per il rilevamento diretto oppure indiretto del numero di giri (np) della pompa ad alta pressione (8) a numero di giri regolato,* - Un sensore di pressione per il rilevamento diretto oppure indiretto della pressione di alimentazione reale della pompa ad alta pressione (8); - Un dispositivo (20) per il calcolo di una pressione di alimentazione nominale dal numero di giri (np); - Un dispositivo di paragone per il calcolo di un parametro (ΔΡ) dala pressione di alimentazione nominale e reale e per confrontare il parametro (ΔΡ) con un valore limite (P*) e - un dispositivo di trasmissione di segnali per linvio di un segnale di perdita nel caso in cui il parametro (ΔΡ) è maggiore o minore di un valore limite (P*).