I Motori Diesel Sistemi di Iniezione: Il Common Rail

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1 Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica - Informatica II Periodo di lezione Corso di: Dinamica e Controllo delle Macchine I Motori Diesel Sistemi di Iniezione: Il Common Rail

2 CARATTERISTICHE GENERALI La caratteristica principale dei sistemi di iniezione di tipo Common Rail è la seguente: la generazione della pressione di iniezione e l iniezione del combustibile in camera sono completamente disaccoppiate Infatti, la pressione di iniezione viene generata indipendentemente rispetto al regime di rotazione del motore ed alla quantità di fluido iniettata Il combustibile viene immagazzinato all interno di un accumulatore ad alta pressione detto Common Rail ed è così pronto per l iniezione La quantità di combustibile da iniettare viene decisa dal conducente del veicolo, mentre l istante di avvio dell iniezione e la pressione di iniezione vengono calcolate dalla centralina elettronica (ECU) sulla base delle mappature memorizzate all interno di essa Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 1

3 CARATTERISTICHE GENERALI A questo punto la centralina elettronica invia segnali elettrici ai solenoidi dei singoli iniettori che provvedono ad iniettare all interno dei diversi cilindri, seguendo il ciclo di funzionamento di ognuno di essi Le principali componenti elettroniche e sensoristiche di questa tipologia di sistemi di iniezione sono le seguenti: ECU (Electronic Central Unit) Sensore della velocità dell albero motore Sensore della velocità dell albero a camme Sensore del pedale dell acceleratore Sensore di pressione del turbo Sensore di pressione del Rail Sensore di temperatura del liquido di raffreddamento Misuratore di portata d aria all aspirazione ione del motore Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 2

4 CARATTERISTICHE GENERALI I vari segnali provenenti dai diversi sensori elencati in precedenza vengono processati dalla centralina elettronica, la quale definisce, anche in base alle richieste del conducente del veicolo (segnale proveniente dal sensore del pedale dell acceleratore), la condizione di funzionamento del motore e, come conseguenza di ciò, del veicolo stesso Più in dettaglio, il regime di rotazione del motore viene misurato dal sensore di misurazione della velocità dell albero motore, mentre il sensore di misura della velocità di rotazione dell albero della distribuzione (albero a camme) permette di decidere l ordine di accensione dei vari cilindri (fasatura dei cilindri) Il misuratore di portata d aria all aspirazione del motore permette di determinare il valore istantaneo di portata d aria aspirata dal motore e di variare la massa di combustibile da iniettare al fine di limitare le emissioni inquinanti allo scarico Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 3

5 CARATTERISTICHE GENERALI Inoltre, se il motore è equipaggiato con un sistema di sovralimentazione volumetrica o dinamica (turbocompressore), il sensore di misurazione della pressione di sovralimentazione i permette di tenere conto anche del funzionamento di questo sistema Nelle fasi di avvio a freddo del motore o nel caso di funzionamento con valori ridotti della temperatura esterna (funzionamento nei mesi invernali o in particolari zone geografiche) sono i sensori di misurazione della temperatura del liquido di raffreddamento del motore e della temperatura dell aria esterna che forniscono informazioni alla ECU al fine di impostare i valori più appropriati per l anticipo di iniezione e per valutare quale strategia di iniezione impiegare (pre e post iniezioni, durata della iniezione principale, etc.) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 4

6 LAYOUT DEL SISTEMA Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 5

7 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi i convenzionali Nei sistemi di iniezione tradizionali (con pompa in linea e relativo sistema di distribuzione) ib i il processo di iniezione i i del combustibile in camera avviene in un unica fase (senza iniezione pilota o post iniezione) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 6

8 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Le caratteristiche ti della fase di iniezione sono, quindi, le seguenti: La pressione di iniezione aumenta progressivamente così come la quantità di combustibile iniettata Alla fine della fase di iniezione i i la pressione crolla molto velocemente a valori di pressione pressoché nulli come conseguenza della chiusura dell ugello dell iniettore stesso Sistemi convenzionali Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 7

9 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Le conseguenze di ciò sono le seguenti: La frazione iniziale di combustibile viene iniettata a valori di pressione decisamente inferiori rispetto a quella finale La ap pressione esso e massima ad di iniezione è più che doppia rispetto al corrispondente valore medio La curva di iniezione è praticamente triangolare Sistemi convenzionali Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 8

10 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Le caratteristiche ti della fase di iniezione sono, in questo caso, le seguenti: Durante la fase iniziale del processo di iniezione (pilot injection) la quantità di combustibile iniettata è estremamente e e e ridotta La fase principale del processo di iniezione (main injection) avviene a pressione pressoché costante Sistemi Common Rail Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 9

11 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi Common Rail Iniezione pilota Durante l iniezione pilota (pilot injection) una piccola quantità di combustibile (da 1 a 4 mm 3 ) viene iniettata all interno del cilindro per preparare le condizioni più opportune all interno del cilindro prima della fase di iniezione i i principale i (main injection) In questo modo, l efficienza del processo di combustione può essere notevolmente migliorata e gli effetti sono i seguenti: La pressione e la temperatura durante la fase di compressione aumenta a causa delle reazioni di pre-combustione dovute alla parziale combustione del combustibile iniettato durante questa fase Si riduce, pertanto, il ritardo di accensione che caratterizza la fase principale di iniezione i i Allo stesso tempo di riduce la pressione media durante la fase di combustione ed i picchi di pressione durante questa fase (minor ruvidezza di funzionamento del motore) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 10

12 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi Common Rail Iniezione pilota In generale le principali conseguenze sono le seguenti: Riduzione del rumore che caratterizza il processo di combustione Riduzione del consumo di combustibile Riduzione delle emissioni inquinanti allo scarico del motore Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 11

13 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi i Common Rail Iniezione i pilota Senza iniezione pilota Con iniezione pilota Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 12

14 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi i Common Rail Iniezione i pilota Paragonando gli andamenti della pressione all interno del cilindro per due diverse strategie di iniezione, con e senza iniezione pilota, le seguenti considerazioni possono essere evidenziate: La curva relativa alla strategia di iniezione senza iniezione pilota mostra una limitata salita della pressione in camera prima del punto morto superiore (TDC). In seguito si può osservare un forte gradiente di pressione dovuto allo sviluppo impulsivo del processo di combustione La curva relativa alla strategia di iniezione con iniezione pilota mostra una più significativa crescita della pressione in camera prima del punto morto superiore (TDC). In seguito, in questo caso, si riduce il gradiente di pressione dovuto all avvio del processo di combustione, così come il picco massimo di pressione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 13

15 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi Common Rail Iniezione principale L iniezione principale (main injection) determina la coppia erogata dal motore Nei sistemi di iniezione di tipo Common Rail la pressione di iniezione rimane praticamente costante durante tutto il processo di iniezione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 14

16 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi i Common Rail Iniezione i secondaria Per certe versioni di motori Diesel dotati di appositi convertitori catalitici per la riduzione degli NO x un iniezione secondaria di combustibile può essere introdotta al fine di facilitare la riduzione di tali specie di inquinanti In questo caso un iniezione secondaria (detta anche post-iniezione) segue la fase principale di iniezione (main injection) e può caratterizzare la fase di espansione o addirittura di scarico, a partire da una posizione angolare dell albero motore fino a 200 dopo il PMS (punto morto superiore) L iniezione secondaria introduce all interno dei gas combusti una ben precisa quantità di combustibile Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 15

17 CARATTERISTICHE DELL INIEZIONE Sistemi i Common Rail Iniezione i secondaria Al contrario delle iniezioni pilota e principale, il combustibile iniettato i t durante l iniezione i i secondaria non brucia ma vaporizza asportando, così, calore ai gas combusti ancora presenti all interno del cilindro Durante la fase di scarico del motore, la miscela costituita dai gas combusti e dal combustibile iniettato durante l iniezione secondaria abbandona il cilindro e viene inviata i al sistema di scarico del motore Parte di questa miscela viene inviata all interno del cilindro durante il ciclo successivo del motore dal sistema cosiddetto di EGR (exhaust gas recirculation) e svolge la stessa funzione di una iniezione pilota fortemente anticipata rispetto al PMS Inoltre, appositi convertitori catalici utilizzano il combustibile presente nei gas di scarico come agente riducente per la riduzione del contenuto percentuale di NO x nei gas di scarico Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 16

18 FUEL SYSTEM Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 17

19 FUEL SYSTEM FUEL SYSTEM LOW PRESSURE DELIVERY HIGH PRESSURE DELIVERY Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 18

20 FUEL SYSTEM Low pressure delivery system Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 19

21 FUEL SYSTEM Low pressure delivery system Il low pressure delivery system è costituito dai seguenti componenti: 1) Serbatoio del combustibile 2) Pre-filtro del combustibile 3) Pompa di bassa pressione 4) Filtro del combustibile 5) Linee di collegamento del fluido a bassa pressione La sua funzione principale è quella di fornire l alimentazione del combustibile per l high pressure dli delivery system Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 20

22 LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM Serbatoio del combustibile Il serbatoio del combustibile deve essere realizzato in materiale metallico anti-corrosione i e deve garantire l assenza di perdite di fluido e di trafilamenti ad una pressione pari al doppio di quella operativaa Viene sempre dotato di valvole di sicurezza per il controllo dei livelli di pressione al suo interno. Sempre per questo scopo viene molto spesso dotato di sensori e sistemi di controllo e di misura per la limitazione della pressione massima Viene solitamente posizionato sufficientemente lontano dal propulsore per motivi di sicurezza in caso di incidente Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 21

23 LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM Pompa di bassa pressione La pompa di bassa pressione ha il compito di alimentare in maniera continua e adeguata la pompa di alta pressione: In ogni condizione operativa Alla necessaria pressione di alimentazione Durante tutta la vita utile del sistema di iniezione Nei sistemi di iniezione di tipo common rail vengono utilizzate due principali tipologie di pompe di bassa pressione: Pompa elettrica a rulli (soluzione standard) Pompa ad ingranaggi esterni azionata meccanicamente Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 22

24 LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM Filtro del combustibile L acqua eventualmente presente all interno del gasolio viene drenata periodicamente attraverso un tappo posizionato nella parte inferiore del serbatoio del filtro Spesso i sistemi di iniezione di tipo common rail per autovetture sono dotati di sistemi automatici di segnalazione del livello dell acqua all interno del filtro del combustibile (spia (p sul cruscotto della vettura) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 23

25 FUEL SYSTEM High pressure delivery system Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 24

26 FUEL SYSTEM High pressure delivery system L high g pressure delivery system è costituito dai seguenti componenti: 1) Pompa di alta pressione dotata di valvole di controllo della pressione e di shut-off 2) Ril Rail 3) Sensore di pressione del rail 4) Regolatore di pressione del rail 5) Valvole limitatrici di portata agli iniettori 6) Iniettori Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 25

27 Pompa di alta pressione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 26

28 Pompa di alta pressione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 27

29 Pompa di alta pressione La pompa di alta pressione è l interfaccia tra i sistemi di alimentazione del combustibile a bassa e ad alta pressione Essa ha il compito di erogare un adeguata quantità di combustibile al sistema di iniezione in tutte le condizioni di funzionamento del motore Al contrario dei sistemi di iniezione convenzionali, la pompa di alta pressione provvede a generare in modo continuo ed a mantenere ad un livello opportuno la pressione di iniezione all interno del rail. Pertanto, il combustibile da iniettare viene sempre mantenuto ad alta pressione e non deve essere compresso per ogni singola iniezione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 28

30 Pompa di alta pressione La pompa di alta pressione viene preferibilmente installata sul motore Diesel in corrispondenza dello stesso punto di montaggio della pompa di distribuzione di un sistema di iniezione i i convenzionale Normalmente viene trascinata in rotazione dal motore Diesel ad essa collegata mediante collegamento diretto o trasmissione meccanica con ruote, catene o cinghie dentate La velocità di rotazione della pompa di alta pressione è solitamente pari alla metà della velocità di rotazione del motore Diesel che la trascina in rotazione e comunque mai superiore ai 3000 rpm Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 29

31 Vl Valvola l di controllo della dll pressione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 30

32 Valvola di controllo della pressione La valvola di controllo della pressione ha il compito di fissare il valore della pressione all interno del rail in funzione delle condizioni operative e del motore e di mantenerlo nel tempo Se la pressione all interno del rail è troppo elevata, la valvola di controllo della pressione si apre e una parte del combustibile rifluisce dal rail al serbatoio attraverso un apposita linea idraulica di collegamento Se la pressione all interno del rail è troppo bassa, la valvola di controllo della pressione si chiude e isola il rail dalla linea di bassa pressione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 31

33 Valvola di controllo della pressione Due forze agiscono congiuntamente sull elemento mobile della valvola: Forza della molla Forza esercitata dal solenoide Al fine di facilitarne la lubrificazione ed il raffreddamento tutti i componenti dell assieme della valvola sono costantemente circondati dal combustibile Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 32

34 Valvola di controllo della pressione - Modalità di funzionamento La valvola di controllo della pressione viene azionata secondo due loop di controllo principali: Un primo ciclo di controllo elettrico di tipo slow-response che ha il compito di fissare un valore medio di pressione all interno del rail Un secondo ciclo di controllo meccanico di tipo fast-response che ha il compito di smorzare le fluttuazioni di pressione ad elevata frequenza Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 33

35 Rail Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 34

36 Rail All interno del rail viene immagazzinato il combustibile ad alta pressione inviato dalla pompa di alta pressione Dal punto di vista funzionale il rail rappresenta un volume di fluido (capacità) in grado di smorzare o comunque di ridurre l ampiezza delle oscillazioni di pressione generate dalla pompa di alta pressione e dal processo di iniezione Il rail (detto anche accumulatore ad alta pressione) è comune a tutti tti i cilindri i da cui il nome common rail Anche quando elevate quantità di combustibile sono estratte dal rail (ad esempio in seguito all iniezione i i di combustibile all interno di un cilindro) all interno di esso la pressione rimane praticamente t costante t Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 35

37 Rail Ciò assicura che la pressione di iniezione rimanga pressoché costante dall istante di apertura dell iniettore Al fine di soddisfare l ampia varietà di installazioni su differenti tipologie di motore, il rail viene fornito completo delle valvole limitatrici di portata agli iniettori e degli attacchi per il sensore di pressione e per il regolatore di pressione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 36

38 Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 37

39 Sensore di pressione del rail Il sensore di pressione del rail fornisce in input alla centralina elettronica (ECU) un segnale elettrico proporzionale alla pressione all interno del rail Il sensore deve misurare il valore istantaneo della pressione all interno del rail: con adeguata accuratezza il più velocemente possibile Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 38

40 Sensore di pressione del rail Il sensore di pressione del rail è costituito dai seguenti componenti principali: Corpo dotato di connessioni elettriche con l esterno Elemento sensore integrato e saldato alla presa di pressione Circuito integrato (pcb printed circuit board) dotato di circuito elettrico per la valutazione della pressione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 39

41 Sensore di pressione del rail Da una presa sul rail il combustibile passa attraverso un canale di collegamento ricavato all interno del corpo del sensore ed arriva al diaframma del sensore di pressione L elemento sensore (semiconduttore) è collegato al diaframma e converte la pressione del fluido in un segnale elettrico che viene inviato prima ad un circuito di amplificazione e, in seguito, alla centralina elettronica Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 40

42 Sensore di pressione del rail Il principio di funzionamento è il seguente: sotto l azione della pressione cambia la forma del diaframma (approssimativamente 1 mm di deformazione a 1500 bar) e, come conseguenza di ciò, la resistenza elettrica dell elemento sensibile La variazione di resistenza dell elemento sensibile determina una variazione della tensione rilevata sul ponte di misura alimentato alla tensione di circa 5 V Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 41

43 Sensore di pressione del rail La variazione di voltaggio misurata è compresa tra 0 e 70 mv in funzione della pressione all interno del rail e viene amplificata dal circuito di valutazione nell intervallo compreso tra 0.5 e 4.5 V Una misura precisa della pressione all interno del rail è fondamentale per un corretto funzionamento del sistema Per le condizioni di funzionamento tipiche i dei motori Diesel, l accuratezza del sensore di pressione è pari a circa il ± 2% del fondo scala Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 42

44 Regolatore di pressione del rail Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 43

45 Regolatore di pressione del rail Dal punto di vista funzionale il regolatore di pressione del rail agisce come una valvola limitatrice di pressione ad azione diretta Se la pressione all interno del rail supera un valore di taratura ben definito, il regolatore di pressione si apre e scarica una portata di fluido verso il serbatoio a bassa pressione del sistema sse adi iniezione e Il valore massimo della pressione di taratura del regolatore di pressione del rail è solitamente t dell ordine di di bar Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 44

46 Regolatore di pressione del rail Non appena la pressione all interno del rail supera il valore di taratura, l otturatore si apre Si viene così a determinare una connessione diretta fra il common rail e la linea di ritorno verso il serbatoio a bassa pressione Il fluido ad elevata pressione all interno del rail può così rifluire verso il serbatoio del combustibile a bassa pressione la pressione all interno del rail diminuisce e viene così regolata Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 45

47 Valvole l limitatrici it t i i di portata t agli iniettori i i Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 46

48 Valvole l limitatrici it t i i di portata t agli iniettori i i La funzione delle valvole limitatrici di portata agli iniettori è quella di impedire che, nel caso in cui un iniettore rimanga aperto permanentemente, si abbia un flusso continuo di combustibile attraverso l iniettore e Per impedire ciò, non appena la portata di combustibile che abbandona il rail supera un ben determinato livello, la valvola si chiude impedendo il flusso attraverso l iniettore Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 47

49 Iniettore Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 48

50 Iniettore L avvio della fase di iniezione e la quantità di combustibile iniettata ad ogni ciclo motore vengono controllate mediante l utilizzo di iniettori a comando elettro-idraulico Questa particolare tipologia di iniettore può essere montata direttamente sulla testa del cilindro del motore e può essere installata anche su motori Diesel ad iniezione diretta di tipo tradizionale Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 49

51 Iniettore Dal punto di vista funzionale gli iniettori a comando elettro-idraulico dei moderni sistemi di iniezione di tipo common rail possono essere suddivisi i i in tre parti principali: i 1) Solenoid valve (valvola a solenoide) 2) Hydraulic servo-system (servo sistema idraulico) 3) Hole-type nozzle (ugello e polverizzatore di iniezione) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 50

52 Iniettore Il combustibile entra all interno dell iniettore dalla connessione di alta pressione (N 4 in figura) e giunge nella parte inferiore dell iniettore (nozzle) attraverso il canale N 10 ed all interno della camera di controllo (N 8) attraverso l orificio di trafilamento (feed orifice, N 7 in figura) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 51

53 Iniettore La camera di controllo è collegata alla via di ritorno del combustibile verso il serbatoio (N 1 in figura) attraverso un ulteriore orificio di trafilamento (N 6 in figura) mantenuto in posizione di chiusura dalla valvola a solenoide Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 52

54 Iniettore - Modalità àdif funzionamento Le modalità di funzionamento dell iniettore possono essere descritte considerando quattro fasi principali di funzionamento: 1) Iniettore chiuso (con l alta pressione applicata) 2) Iniettore aperto (avvio dell iniezione) 3) Iniettore completamente aperto 4) Iniettore in fase di chiusura Queste fasi di funzionamento sono determinate dalle forze applicate ai principali componenti dell iniettore Con il motore spento e pressione nulla agente all interno del rail l iniettore viene mantenuto in posizione di chiusura dalla molla presente all interno del nozzle Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 53

55 Iniettore chiuso Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 54

56 Iniettore chiuso Quando l iniettore è chiuso la valvola a solenoide non è eccitata dal segnale elettrico e rimane in posizione di chiusura In questo caso, la sfera della valvola a solenoide è mantenuta a contatto con la sede in posizione di chiusura e l orificio di trafilamento (N 6) è anch esso ostruito Il combustibile ad alta pressione proveniente dal rail riempie sia la camera di controllo che la camera del nozzle Nel complesso lo spillo dell iniettore viene mantenuto in posizione i di chiusura dall azione congiunta della pressione agente all interno della camera di controllo e della molla interna che tiene lo spillo in posizione di chiusura Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 55

57 Iniettore aperto (avvio dell iniezione) i i Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 56

58 HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM Iniettore aperto (avvio dell iniezione) i i La valvola a solenoide viene eccitata con una corrente elettrica esterna. La forza esercitata dal solenoide supera quella esercitata dalla molla di contrasto e l ancoretta interna si muove verso l alto Come conseguenza di ciò, l orificio di trafilamento si apre ed il combustibile può fluire dalla camera di controllo verso la camera situata posteriormente alla valvola a solenoide e ritornare infine al serbatoio del sistema di iniezione. Pertanto, la pressione del fluido all interno della camera di controllo diminuisce fortemente mentre la pressione all interno della camera del nozzle rimane costante al valore di pressione del rail La riduzione della pressione all interno della camera di controllo determina una riduzione della forza esercitata sullo spillo che, muovendosi verso l alto alto, da l avvio alla fase di iniezione Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 57

59 Iniettore completamente t aperto La velocità di apertura dello spillo è determinata dalla differenza tra le portate che attraversano i due orifici di trafilamento (N 6 e 7 in figura) Lo spillo si muove verso l alto e raggiunge la sua posizione finale a contatto con la battuta superiore ricavata all interno del corpo supportato da un cuscinetto di fluido generato dal flusso del combustibile attraverso gli orifici di trafilamento Lo spillo dell iniettore è ora completamente aperto ed il combustibile viene iniettato all interno della camera di combustione ad una pressione pari a quella che regna all interno del rail Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 58

60 Iniettore in fase di chiusura Nel momento in cui viene meno l alimentazione della corrente alla valvola a solenoide l ancoretta viene spinta verso il basso dalla forza esercitata dalla molla dll della valvola l a solenoide. L orificio di trafilamento viene chiuso dalla valvola a sfera che viene spinta verso il basso e va ad esercitare nuovamente la tenuta idraulica contro la sede ricavata all interno del corpo dell iniettore La pressione all interno della camera di controllo torna a risalire e, agendo unitamente alla forza della molla interna, torna a vincere la forza esercitata dalla pressione del fluido all interno della camera del nozzle Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 59

61 Iniettore in fase di chiusura Lo spillo viene perciò spinto verso il basso e torna progressivamente ad assumere la posizione di chiusura iniziale dell iniettore La velocità di chiusura dello spillo è determinata dalla portata di combustibile attraverso l orificio di trafilamento (N 7 in figura) Il processo di iniezione cessa nel momento in cui lo spillo arriva a chiudere completamente i fori di efflusso ricavati nella parte terminale dell iniettore Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 60

62 Hole-type nozzles Gli iniettori dei sistemi di iniezione di tipo common rail sono comunemente dotati di hole-type nozzles (polverizzatori) La geometria dei nozzles condiziona: l istante di avvio dell iniezione e la quantità di combustibile iniettata numero dei getti di combustibile, forma ed atomizzazione dello spray, distribuzione del combustibile in camera Per i sistemi di iniezione di tipo common rail sono disponibili due tipi di nozzles: Sac-hole nozzle Seat-hole nozzle Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 61

63 Hole-type nozzles I fori di iniezione sono posizionati sulla superficie esterna della parte terminale dell iniettore di forma conica Il numero dei fori ed il loro diametro dipende d da: La quantità di combustibile da iniettare La forma della camera di combustione I moti organizzati della carica all interno del cilindro (swirl di diversa intensità) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 62

64 Hole-type nozzles In entrambi i casi (sac-hole e seat- hole nozzles) )if fori idii ingresso sono caratterizzati da spigoli arrotondati realizzati per mezzo di lavorazioni meccaniche di elettro-erosione Tale caratteristica è finalizzata alle seguenti ragioni: Prevenire in anticipo l usura degli spigoli dei fori di ingresso causata dalle particelle abrasive che possono essere contenute all interno del combustibile Ridurre l irregolarità della portata di combustibile iniettata Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 63

65 Hole-type nozzles Sac hole nozzle Seat hole nozzle Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 64

66 Hole-type nozzles Per ridurre al minimo le emissioni di idrocarburi incombusti (HC) è importante cercare di limitare al minimo il volume di combustibile che si trova nella parte terminale dell iniettore i al ldi sotto dei ifori idi Sac hole nozzle iniezione (volume residuo) Tale obiettivo i può essere raggiunto più facilmente utilizzando iniettori di tipo seat-hole nozzles Seat th hole nozzle Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 65

67 Seat-hole nozzle In questo caso il volume di combustibile isolato nella parte terminale dell iniettore è decisamente inferiore rispetto a quello del sac-hole nozzle La parte terminale dell iniettore è di forma conica per motivi idi resistenza strutturale I fori vengono solitamente t realizzati per elettro-erosione (EDM electrical discharge machining) Parte Seconda: Sistemi di Iniezione Common Rail 66