ITTO950010A1

ITTO950010A1 - Dispositivo a pompa per l'alimentawione del carburante da un serba- toio ad un motore a combustione interna

Info

Publication number: ITTO950010A1
Application number: IT95TO000010A
Authority: IT
Inventors: Bernhard Arnold; Egon Eisenbacher
Original assignee: Rexroth Mannesmann Gmbh; Elasis Sistema Ricerca Fiat
Priority date: 1994-01-15
Filing date: 1995-01-10
Publication date: 1996-07-10
Also published as: FR2715195B1; DE4401074A1; FR2715195A1; DE4401074B4; IT1279099B1; JP3802097B2; ITTO950010A0; JPH07217464A; US5571243A

Abstract

Il dispositivo comprende una pompa ad alta pressione (15) ed una pompa a bassa pressione (10) collegata a monte della prima. Per evitare delle conseguenze dannose nel caso di un difetto di un componente del dispositivo, nella connessione (13, 14, 54-57) tra la pompa a bassa pressione (10) e la pompa ad alta pressione (15) è disposta una valvola d'intercettazione (71). Questa che viene chiusa nel caso di un difetto nella pompa a bassa pressione (10), per cui si evita di aspirare delle particelle solide mediante la pompa ad alta pressione (15). Inoltre, nel caso in cui un difetto in un iniettore può essere rilevato osservando le condizioni di funzionamento del motore a combustione interna, viene disinserita la pompa a bassa pressione (10) evitando così gravi danni al motore.(Figura 1).

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo a pompa per l'alimentazione del carburante da un serbatoio ad un motore a combustione interna, comprendente una pompa ad alta pressione e una pompa a bassa pressione collegata a monte della prima.

Un simile dispositivo a pompa è noto ad esempio dal documento DE 41 26640 Al. Esso viene utilizzato nell'ambito di un sistema di iniezione, che comprende, oltre alla pompa a bassa pressione ed alla pompa ad alta pressione, anche parecchi iniettori azionabili elettromagneticamente, nonché altri componenti idraulici. La pompa a bassa pressione è nella maggior parte dei casi una pompa rotativa a pale o a rulli, che viene azionata da un piccolo motore elettrico ed è disposta direttamente nel serbatoio. Anche se, nei moderni sistemi di iniezione per i motori a combustione interna, si utilizzano dei componenti di standard tecnico elevato, non è possibile escludere completamente i difetti, ad esempio nella pompa a bassa pressione o negli iniettori. Questi difetti provocano un'alimentazione non costante del carburante e, in caso estremo, possono provocare la distruzione del motore.

L'invenzione ha lo scopo di realizzare un dispositivo comprendente una pompa ad alta pressione ed una pompa a bassa pressione tale che, in caso di un difetto nel sistema di iniezione, in particolare nella pompa di alimentazione a bassa pressione, oppure in un iniettore, si evita qualsiasi danno al sistema stesso o al motore.

Questo scopo viene raggiunto dal dispositivo a pompa per l'alimentazione del carburante da un serbatoio ad un motore a combustione interna, comprendente una pompa ad alta pressione ed una pompa a bassa pressione collegata a monte della prima, il quale è caratterizzato dal fatto che, per chiudere la connessione tra detta pompa a bassa pressione e detta pompa ad alta pressione, in detta connessione sono previsti dei mezzi d'intercettazione.

Per una migliore comprensione dell'invenzione vengono qui descritte due forme preferite di realizzazione, fatte a titolo esemplificativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Figura 1 è una sezione mediana di una pompa ad alta pressione, incorporata in un dispositivo a pompa per l 'alimentazione del carburante secondo l'invenzione; Figura 2 è una sezione parziale della pompa ad alta pressione, secondo un'altra forma di realizzazione dell'invenzione.

Con riferimento alla Figura 1, con 10 è genericamente indicata una pompa a bassa pressione per l’alimentazione del carburante, la quale può essere costituita da una pompa rotativa a pale, o a rulli, e può essere azionata da un piccolo motore elettrico 11. La pompa 10 è disposta, assieme al motore elettrico 11, nell'usuale serbatoio del carburante 12 di un autoveicolo, il quale è munito di un motore a combustione interna, in particolare un motore diesel.

La pompa 10 aspira il carburante dal serbatoio 12 è lo alimenta, attraverso un condotto 13 ed un raccordo 14, ad una pompa ad alta pressione 15, costituita da una pompa a pistoni radiali. La pompa 15 è disposta direttamente sul motore diesel e viene azionata da esso. La pompa 15 presenta tre cilindri 21 disposti a stella in un guscio 20, con gli assi 22 a distanza angolare reciproca di 120°. Al centro del guscio 20 è disposta una camera interna 23 a forma di tazza, chiusa da una flangia 24.

Un albero 28 per l'azionamento della pompa 15 è accoppiato con il motore diesel, non raffigurato nei disegni, ed è montato in un foro 25 della flangia 24 ed in un foro cieco 27 del guscio 20, mediante due porzioni di supporto 29 e 30 distanziate fra loro. Tra le due porzioni 29 e 30, l'albero 28 presenta una porzione eccentrica 35, alloggiata nella camera 23, la quale porzione 35, verrà in seguito chiamata "eccentrico". Questo e costituito da un cilindro 35, il cui asse 36 dista dell'eccentricità E, rispetto all'asse 37 dell'albero 28.

Sull'eccentrico 35 è montato girevolmente un anello di comando 39, il quale sul lato esterno è munito di tre porzioni piane 40. Queste hanno tutte la stessa distanza dall'asse 36 dell'eccentrico 35, e sono disposte alla stessa distanza angolare sulla superficie esterna dell'anello 39. Le porzioni 40 sono· orientate perpendicolarmente rispetto ai corrispondenti assi 22 dei cilindri 21 e racchiudono tra loro un angolo di 120°.

Ogni cilindro 21 presenta una camera cilindrica 41, concentrica con il relativo asse 22, in cui è alloggiato, con un accoppiamento di precisione, un pistone 42 sporgente dal cilindro 21 verso l'interno. Sulla porzione sporgente di ciascun pistone 42 è fissato un pattino 43, che viene tenuto appoggiato contro la corrispondente porzione piana da una molla 44. Questa è precaricata tra il pattino 43 ed uno spallamento disposto nella parte del cilindro 21 verso l'esterno.

Quando si ruota l'albero 28, l'anello 39 mantiene il suo orientamento, grazie al pattino 43 che per azione della molla 44 si appoggia contro la relativa porzione piana 40, ma l'asse 36 dell'anello 39 ruota attorno all'asse 37 dell’albero 28. Le singole porzioni piane 40 vengono allora spostate anch'esse parallelamente a se stesse su un'orbita circolare ed, in collaborazione con le molle 44, provocano un movimento alterno dei pistoni 42 nelle camere 41.

Il lato frontale di ciascun pistone 42, opposto all’anello 39, delimita nel cilindro 21 una camera di compressione 45, il cui volume si modifica con il movimento del pistone 42. Nel caso di un movimento del pistone 42 radialmente verso l’interno, la camera 45 si espande aspirando il carburante. Durante la corsa di compressione del pistone 42, che segue la corsa di aspirazione, il carburante viene spinto a pressione fuori dalla camera di compressione 45.

Per controllare queste fasi, per ogni cilindro 21 sono previste una valvola di aspirazione 50 ed una valvola di compressione 51, entrambe funzionanti come valvole di non-ritorno. Le sedi delle due valvole 50 e 51 sono formate su un'unica piastra 52, la quale è bloccata tra un lato interno di una testa di cilindro 53, rivolto verso il cilindro 21, ed il lato esterno del cilindro 21, rivolto verso la testa 53. Questa tiene quindi il cilindro 21 nel guscio 20, a cui è collegata mediante viti disposte al di fuori del cilindro 21.

Il carburante giunge alla valvola di aspirazione 50 di un cilindro 21, attraverso un canale 54 della corrispondente testa 53 ed un canale radiale 55 del guscio 20, in comunicazione con la camera interna 23, nella zona della flangia 24. A tale scopo, il guscio 20 è munito di tre canali 55, sul cui piano la flangia 24 è munita di una scanalatura anulare 56 in comunicazione con un canale 57 del guscio 20. Quest'ultimo è inoltre munito di una sede cilindrica 58, in cui è disposto il raccordo 14, ed in cui sfocia il canale 57. Pertanto la sede 58 è disposta radialmente, dall'esterno verso la camera interna 23.

Attraverso la valvola di compressione 51, il carburante viene alimentato lungo un canale 59 di ciascuna testa 53, ed un canale 60 del guscio 20. Uno dei tre canali 60 è connesso con un raccordo di pressione 62. I tre canali 60 sfociano in una cavità assiale 61 concentrica con il guscio 20, in cui è disposta una valvola 63 limitatrice della pressione. Questa valvola 63 è azionabile elettromagneticamente, per regolare nel raccordo di pressione 62 una determinata pressione. Il carburante che defluisce dalla valvola 63, attraverso un raccordo 64 ed un condotto di scarico 65 ritorna verso il serbatoio 12.

Allo sbocco della sede 58 nella camera interna 23 è fissata una piastra di fondo 70. La sede 58, tra il raccordo 14 e la piastra di fondo 70, serve come sede di una valvola di intercettazione 71, ed alloggia scorrevolmente un pistone 72 di comando della valvola 71. Pertanto il guscio 20 della pompa 15 forma simultaneamente il guscio della valvola 71, la quale è atta ad intercettare la connessione tra il canale 57 del guscio 20 ed il raccordo 14.

A tale scopo, tra il pistone di comando 72 e la piastra di fondo 70 viene compressa una molla di compressione elicoidale 73, che spinge il pistone 72 nella direzione di chiusura, verso il lato frontale del raccordo 14 disposto nella sede 58. Nella direzione di apertura della valvola 71, sul pistone 72 agisce la pressione del carburante esistente nel condotto 13 e nel raccordo 14 ossia, nel caso normale, la pressione di alimentazione

Poiché la molla elicoidale 73 è debole, il pistone di comando 72 può essere spostato verso la piastra 70 dalla pressione di alimentazione, contro l'azione della molla 73 stessa. Pertanto quando nel raccordo 14 si ha il carburante in pressione, il canale 57 si apre verso la sede 58 e apre così la valvola di intercettazione 71. Tuttavia, se la pressione scende al di sotto di un determinato valore, la molla 73 spinge il pistone 72 contro il raccordo 14 e chiude il canale 57 verso il condotto 13, per cui chiude la valvola di intercettazione 71.

Dalla Figura 1 si nota che la sede 58 e la piastra di fondo 70 sporgono verso la zona della flangia 24. Pertanto la piastra 70 viene mantenuta dalla flangia 24 nella sede 58 a tenuta stagna. Sia la piastra 70 che il pistone 72 presentano però un foro assiale passante rispettivamente 74 e 75, ed il foro 75 presenta una strozzatura 76. Pertanto dal raccordo 14, attraverso la strozzatura 76, il carburante può giungere nella camera 23. Anche quando la molla elicoidale 73 è completamente premuta, il flusso del carburante non viene bloccato, giacché la strozzatura 76 ed il foro assiale 74 si trovano all'interno delle spire della molla 73.

La camera interna 23 è in comunicazione, attraverso un foro 77 del guscio 20, con il lato di scarico della valvola 63, e quindi con il condotto di scarico 65. Nel caso in cui la pompa a bassa pressione 10 funziona regolarmente, nella camera interna 23 viene mantenuto un flusso costante di carburante, per cui sul lato del pistone 72 rivolto verso la piastra 70 si ha una pressione minore della pressione di alimentazione. La risultante dell'azione della molla 73 e della minore pressione sul pistone 72 è ora minore della forza prodotta dalla pressione di alimentazione, che agisce sul pistone 72. Pertanto, nel funzionamento normale, quando la pompa a bassa pressione 10 alimenta il carburante, la valvola di intercettazione 71 è aperta, ed il carburante, attraverso il canale 57, la scanalatura anulare 56 ed i canali 55 e 54, può giungere alle valvole di aspirazione 50 dei cilindri 21.

Durante la corsa di aspirazione dei pistoni 42, il carburante fluisce nelle camere di compressione 45, che si espandono. Durante la corsa di compressione il carburante, attraverso la valvola di compressione 51, viene spinto nei canali 59 e 60, nonché nella cavità 61 e nel raccordo di pressione 62. Il carburante che non serve al motore a combustione interna, attraverso la valvola limitatrice 63, ritorna nel serbatoio 12.

La portata della pompa a bassa pressione 10 è maggiore della portata massima della pompa ad alta pressione 15. Pertanto, si ha sempre una portata di carburante in eccesso che, attraverso la strozzatura 76 del foro 75 del pistone 72, passa nella camera interna 23, e da qui, attraverso il foro 77 ed il condotto 65, ritorna al serbatoio 12. In tal modo viene smaltito il calore che si genera nella pompa ad alta pressione 15.

Nel caso di un difetto nella pompa a bassa pressione 10, la pressione di alimentazione diminuisce, per cui la valvola di intercettazione 71 si chiude e blocca il canale 57, sia verso la pompa a bassa pressione 10, sia verso la camera interna 23. La pompa ad alta pressione 15 può ora aspirare solo per svuotare il carburante nel tratto di aspirazione tra la valvola di intercettazione 71 e le valvole di aspirazione 50. In questo modo esiste solo il piccolo rischio che le particelle di sostanze solide, provenienti dalla pompa a bassa pressione 10 danneggiata o dalla camera interna 23, arrivino ai cilindri 21, alla valvola limitatrice 63, oppure agli iniettori del motore, danneggiando queste parti.

D'altra parte, se per esempio in un iniettore si rileva un guasto, il motore elettrico 11 della pompa a bassa pressione 10 viene disinserito. A seguito della diminuzione della pressione nel raccordo 14, la valvola di intercettazione 71 si chiude, per cui dopo breve tempo viene interrotta di nuovo l'alimentazione del carburante al motore, evitando danni maggiori. Un guasto in un iniettore può ad esempio essere rappresentato dal fatto che non si riesce a chiuderlo.

Nella realizzazione della Figura 2, sono visibili il guscio 20 della pompa 15, la flangia 24, la testa 53 del cilindro 21 collegata con il guscio 20, uno dei tre cilindri 21, una piastra 52 disposta tra il cilindro 21 e la relativa testa 53, per il supporto della valvola di aspirazione 50 e della valvola di compressione 51, nonché i canali 54 e 55 associati al tratto di aspirazione del cilindro 21, la scanalatura anulare 56 e il canale 59 che porta al raccordo di pressione. I suddetti componenti e canali sono identici a quelli della realizzazione della Figura 1.

Rispetto alla realizzazione secondo la Figura 1, si ha una diversità consistente nel fatto che il pistone 42 è collegato a tenuta con un pattino 80. Questo collabora ora con una superficie periferica cilindrica dell'eccentrico 35 dell'albero 28, che agisce come elemento di comando della corsa dei pistoni 42. Pertanto il pattino 80 non poggia ora su una porzione piana di un anello di comando della corsa, a sua volta ruotante su un eccentrico. Inoltre il pattino 80 viene ora guidato dal guscio 20 della pompa 15.

Un'altra importante differenza rispetto alla Figura 1 consiste nel fatto che, nella realizzazione di Figura 2, non si ha una molla per spingere il pistone 42 ed il pattino 80 verso l'eccentrico 35. A seguito di una diminuzione della pressione di alimentazione, il pistone 42 rimane nel punto morto superiore indicato nella Figura 2. in questo modo, il flusso del carburante termina ancora più velocemente che nella realizzazione della Figura 1. Si può quindi eliminare perfino la valvola intercettatrice 71 della Figura 1.

A causa della mancanza delle molle 44, nel funzionamento normale il pistone 42 della pompa 15, a causa della pressione di alimentazione, viene spinto radialmente verso l'interno, mentre i pattini 80 vengono spostati verso l'esterno dall'eccentrico 35. Grazie alla guida del pattino 80 nel guscio 20, la reazione trasversale sul pistone radiale 42, generata dall'attrito del pattino 80 sull'eccentrico 35, viene scaricata direttamente sul guscio 20.

Infine, nella Figura 1 viene illustrata un’altra possibilità, secondo cui, dopo il guasto od il disinserimento della pompa a bassa pressione 10, può essere immediatamente bloccato il flusso del carburante nella pompa ad alta pressione 15. A tale scopo, è sufficiente predisporre una forte molla di azionamento della valvola di aspirazione 50 in direzione di chiusura. La forza di tale molla deve essere tale che la depressione, formata dalla corsa di aspirazione di un pistone 42 nella camera di compressione 45, non sia sufficiente ad aprire la valvola di aspirazione 50, ma questa possa essere aperta solo con l'aiuto della normale pressione di alimentazione. Pertanto, quando manca la pressione di alimentazione, la valvola di aspirazione 50 rimane chiusa, per cui la pompa ad alta pressione 15 non alimenta carburante. Anche in questa variante, la valvola di intercettazione può essere soppressa.

Si intende che al dispositivo descritto possono essere apportate varie altre modifiche e perfezionamenti senza uscire dall'ambito delle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo a pompa per l'alimentazione del carburante da un serbatoio (12) ad un motore a combustione interna, comprendente una pompa ad alta pressione (15) ed una pompa a bassa pressione (10) collegata a monte della prima, caratterizzato dal fatto che, per chiudere la connessione (13, 14, 54-57) tra la pompa a bassa pressione (10) e la pompa ad alta pressione (15), in detta connessione (13, 14, 54-57) sono previsti dei mezzi di intercettazione.
2. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di intercettazione comprendono una valvola di intercettazione (71) avente un organo mobile (72), il quale viene azionato in una direzione da un elemento a molla (73).
3. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta valvola (71) è disposta adiacente a detta pompa ad alta pressione (15).
4. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che un guscio (20) di detta pompa ad alta pressione (15) forma anche il guscio di detta valvola (71).
5. Dispositivo a pompa secondo una delle rivendicazioni da 2 a 4, caratterizzato dal fatto che detta valvola (71) presenta un organo (72) mobile assialmente in una sede (58), il quale è azionabile nella direzione dell'apertura ad opera della pressione di alimentazione del carburante, contro una forza di ritorno.
6. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il flusso del carburante da detta pompa a bassa pressione (10) attraverso detta valvola (71) avviene assialmente in detta sede (58) verso detto organo (72), un canale di aspirazione (57) per detta pompa ad alta pressione (15) partendo da una parete di detta sede (58).
7. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che in detta sede (58) è disposto un raccordo (14), di cui una estremità costituisce un arresto per detto organo (72) nella direzione di chiusura di detta valvola (71).
8. Dispositivo a pompa secondo una delle rivendicazioni da 2 a 7, caratterizzato dal fatto che detta pompa ad alta pressione (15) è una pompa a pistoni munita di almeno un pistone (42) atto a modificare il volume di una camera di compressione (45), e di un elemento di comando della corsa (35, 39) di detto pistone (42), disposto in una camera interna (23).
9. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta pompa ad alta pressione (15) è una pompa a pistoni radiali e detto elemento di comando della corsa è un eccentrico (35, 39) girevole in una camera interna (23) di un guscio (20) di detta pompa a pistoni radiali, almeno un pistone radiale (42) di detta pompa a pistoni radiali essendo atto ad arrestarsi verso l'interno contro detto eccentrico (35, 39) .
10. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la quantità di carburante in eccesso alimentata da detta pompa a bassa pressione (10) può essere deviata verso detta camera interna (23), detta valvola (71) essendo atta ad interrompere la comunicazione con detta camera di compressione (45).
11. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta camera interna (23) a monte di detta valvola (71) è in comunicazione con un condotto (13, 14, 57) disposto tra detta pompa a bassa pressione (10) e detta pompa ad alta pressione (15), detto condotto (13, 14, 57) potendo essere chiuso verso l'ingresso di detta camera di compressione (45) da detta valvola (71).
12. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 10 o 11, caratterizzato dal fatto che sono previsti dei mezzi (76) di riduzione della pressione in detta camera interna (23) rispetto alla pressione di alimentazione, e che detto organo (72) è azionabile in direzione di chiusura dalla pressione in detta camera interna (23).
13. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riduzione della pressione comprendono una strozzatura (76).
14. Dispositivo a pompa secondo una delle rivendicazioni da 11 a 13, caratterizzato dal fatto che detta camera interna (23) viene collegata con detto condotto (13, 14, 57) da detto organo (72).
15. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 14, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di riduzione della pressione (76) sono disposti su detto organo (72).
16. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 14 o 15, caratterizzato dal fatto che detta sede (58) sfocia in detta camera interna (23), che in detta sede (58) è disposta una piastra di fondo (70) munita di almeno un'apertura (74), e che un elemento a molla (73) è caricato tra detta piastra di fondo (70) e detto organo (72) .
17. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 16, caratterizzato da fatto che detto elemento a molla è in forma di una molla elicoidale (73), e che all'interno delle spire di detta molla elicoidale (73) sono previsti detta apertura (74) ed un foro passante (75) in detto organo (72).
18. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 16 o 17, caratterizzato dal fatto che detta camera interna 23 è sostanzialmente a forma di tazza ed è chiusa da una flangia (24), detta sede (58) sfociando su una parete di detta camera interna (23) ed essendo coperta in parte da detta flangia (24), detta piastra di fondo (70) essendo a tenuta in detta sede (58).
19. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta pompa a bassa pressione (10) è atta ad essere disinserita nel caso di una irregolarità nell'alimentazione del carburante a detto motore.
20. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che almeno un pistone (42) di detta pompa ad alta pressione (15) è atto ad essere spinto contro un elemento (35) di comando della corsa dalla sola pressione di alimentazione del carburante.
21. Dispositivo a pompa secondo la rivendicazione 20, caratterizzato dal fatto che detto pistone (42) viene spinto contro detto elemento (35) di comando delle corsa con l'interposizione di un pattino (80) guidato in detto guscio (20).
22. Dispositivo a pompa secondo una delle rivendicazioni da 19 a 21, caratterizzato dal fatto che una valvola di aspirazione (50) associata a detto pistone (42) è del tipo a non-ritorno e comprende una molla precaricata con tale forza da mantenere chiusa detta valvola di aspirazione (50) in caso di una depressione in detta camera di compressione (45).