Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia
Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Elettronica - Informatica
A.A. 2005/2006 – II Periodo di lezione
Corso di:
Dinamica e Controllo delle Macchine
Docente: Prof. Giuseppe Cantore
Sistemi di Iniezione Common Rail
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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 del motore
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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
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.)
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LAYOUT DEL SISTEMA
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi convenzionali
 Nei sistemi di iniezione tradizionali (con pompa in linea e relativo
sistema di distribuzione) il processo di iniezione del combustibile in
camera avviene in un’unica fase (senza iniezione pilota o post
iniezione)
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi convenzionali
 Le caratteristiche 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
la pressione crolla molto
velocemente al valori di
pressione pressoché nulli come
conseguenza della chiusura
dell’ugello dell’iniettore stesso
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi convenzionali
 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 pressione massima di
iniezione è più che doppia
rispetto al corrispondente
valore medio
 La curva di iniezione è
praticamente triangolare
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi Common Rail
 Le caratteristiche 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 ridotta
 La fase principale del processo
di iniezione (main injection)
avviene a pressione pressoché
costante
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi Common Rail – Iniezione pilota
 Durante l’iniezione pilota (pilot injection) una piccola quantità di
combustibile (da 1 a 4 mm3) viene iniettata all’interno del cilindro
per preparare le condizioni più opportune all’interno del cilindro
prima della fase di iniezione principale (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
 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)
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi Common Rail – Iniezione pilota
Senza iniezione pilota
Con iniezione pilota
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi Common Rail – Iniezione 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi Common Rail – Iniezione secondaria
 Per certe versioni di motori Diesel dotati di appositi convertitori
catalitici per la riduzione degli NOx 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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CARATTERISTICHE DELL’ INIEZIONE
Sistemi Common Rail – Iniezione secondaria
 Al contrario delle iniezioni pilota e principale, il combustibile
iniettato durante l’iniezione 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 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 NOx nei gas di scarico
Sistemi di Iniezione Common Rail
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FUEL SYSTEM
Sistemi di Iniezione Common Rail
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FUEL SYSTEM
FUEL
SYSTEM
LOW
PRESSURE
DELIVERY
HIGH
PRESSURE
DELIVERY
Sistemi di Iniezione Common Rail
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FUEL SYSTEM
Low pressure delivery system
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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
delivery system
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Serbatoio del combustibile
 Il serbatoio del combustibile deve essere realizzato in
materiale metallico anti-corrosione e deve garantire l’assenza
di perdite di fluido e di trafilamenti ad una pressione pari al
doppio di quella operativa
 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa elettrica a rulli
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa elettrica a rulli
 La pompa di bassa pressione elettrica a rulli viene utilizzata
nei sistemi di iniezione di tipo common rail per autovetture e
per veicoli commerciali leggeri
 Oltre a garantire l’alimentazione del combustibile alla pompa
di alta pressione, ha anche il compito di interrompere il flusso
del combustibile al sistema di iniezione in caso di emergenza
 Non essendo collegata direttamente al motore funziona
normalmente in maniera completamente indipendente rispetto
ad esso
 Vengono normalmente fornite in due versioni denominate
rispettivamente: in-line e in-tank
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa elettrica a rulli
 La versione in-line (in linea) viene montata all’esterno del
serbatoio, lungo la linea a bassa pressione tra il serbatoio ed il
filtro del combustibile
 La versione in-tank (nel serbatoio) viene, invece, installata
all’interno del serbatoio
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa elettrica a rulli
 La pompa elettrica a rulli è
composta dai seguenti
elementi:
A. Unità pompante
B. Motore elettrico
C. Coperchio
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa elettrica a rulli
 La struttura interna dell’unità
pompante è costituita dai
seguenti elementi:

Statore cavo internamente

Rotore eccentrico dotato
di cavità periferiche

Rulli alloggiati all’interno
delle predette cavità

Porte di aspirazione e di
scarico
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa elettrica a rulli
 All’interno di ognuna delle cavità del rotore è alloggiato un rullo.
La rotazione del rotore, unitamente alla pressione del combustibile,
spinge i rulli verso l’esterno a contatto con la superficie interna
dello statore
 Vengono così isolate una serie di camere pompanti delimitate da
due rulli consecutivi, la superficie interna dello statore e la
superficie esterna del rotore
 Tali camere pompanti vengono riempite di combustibile quando
comunicanti con la bocca di aspirazione. In seguito, in
conseguenza della profilatura della superficie interna dello statore,
tale volume diminuisce fino a quando la camera viene messa in
comunicazione con la bocca di mandata
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa elettrica a rulli
 Il combustibile è così libero di fluire attraverso la camera che
alloggia il motore elettrico ed infine viene inviato al filtro
attraverso il canale di mandata ricavato attraverso il coperchio della
pompa
 L’unità pompante ed il motore elettrico si trovano all’interno di un
alloggiamento comune. Con la pompa in funzione, entrambi sono
attraversati da un flusso continuo di combustibile che provvede
anche a raffreddarli
 Tale struttura interna permette di ottenere elevate prestazioni del
motore elettrico senza la necessità di impiegare elementi di tenuta
di geometria complessa (guarnizioni elastomeriche appositamente
progettate) tra il motore stesso e l’unità pompante
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa meccanica ad ingranaggi esterni
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa meccanica ad ingranaggi esterni
 La pompa meccanica ad ingranaggi esterni viene impiegata
per sistemi di iniezione di tipo common rail per autovetture e
per veicoli commerciali leggeri, pesanti ed off-road
 In molti casi viene integrata con la pompa di alta pressione in
un’unica struttura ed in questo caso la presa di potenza per il
collegamento con il motore termico (motore Diesel) è unica
 In alcuni casi viene collegata direttamente al motore ed è
dotata di una presa di potenza dedicata
 I sistemi di collegamento tra la pompa ed il motore
comunemente impiegati sono l’accoppiamento diretto e la
trasmissione per mezzo di ruote o cinghie dentate
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa meccanica ad ingranaggi esterni
 I principali componenti della pompa meccanica ad ingranaggi
esterni sono due ruote dentate contro-rotanti che ingranano tra
di loro durante la rotazione
 Il combustibile è intrappolato all’interno dei vani isolati tra
due denti consecutivi e la superficie interna del corpo e
trasferito così dall’aspirazione alla mandata della pompa
 I punti di contatto tra i denti in corrispondenza della zona di
ingranamento garantiscono la tenuta tra gli ambienti a bassa e
ad alta pressione
 La quantità di combustibile trasferita dalla pompa è
praticamente proporzionale alla velocità di rotazione del
motore
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa meccanica ad ingranaggi esterni
 Proprio a causa di ciò la pompa viene solitamente dotata di
una strozzatura all’aspirazione o di una valvola limitatrice di
portata alla mandata con l’obiettivo di controllare la portata di
combustibile erogata dalla pompa al crescere del regime di
rotazione del motore
 Inoltre, questa tipologia di pompa non necessita di
manutenzione durante tutta la vita del sistema di iniezione
Sistemi di Iniezione Common Rail
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LOW PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Filtro del combustibile
 Le particelle di contaminante solido
normalmente presenti all’interno del
combustibile possono causare seri danni
ai componenti delle pompe, delle valvole
e, soprattutto, degli iniettori dei sistemi di
iniezione di tipo common rail
 Inoltre, il gasolio spesso contiene al suo
interno acqua che può causare seri danni
(corrosione) al sistema di iniezione
 L’utilizzo di un filtro può ridurre
notevolmente i rischi di danneggiamento
di tali componenti
Sistemi di Iniezione Common Rail
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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 sul cruscotto della vettura)
Sistemi di Iniezione Common Rail
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FUEL SYSTEM
High pressure delivery system
Sistemi di Iniezione Common Rail
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FUEL SYSTEM
High pressure delivery system
 L’high 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) Rail
3) Sensore di pressione del rail
4) Regolatore di pressione del rail
5) Valvole limitatrici di portata agli iniettori
6) Iniettori
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione
 La pompa di alta pressione è normalmente dotata di una
valvola di controllo della pressione. A seconda dello spazio a
disposizione tale valvola viene installata direttamente sulla
pompa stessa o nelle vicinanze di essa
 All’interno della pompa di alta pressione il combustibile
viene compresso ad elevata pressione sfruttando il moto di tre
pistoni radiali disposti a 120° tra di loro
 Dal momento che per una rotazione completa della pompa si
hanno tre sole corse di mandata dei pompanti, la coppia
assorbita complessivamente dalla pompa risulta abbastanza
stabile, così come le sollecitazioni meccaniche connesse
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione
 La coppia assorbita da questo tipo di pompa (pari a circa 16 Nm) è
pari a circa 1/9 rispetto a quella caratteristica di una pompa di
distribuzione del combustibile di un sistema di iniezione
meccanico tradizionale
 La potenza necessaria per trascinare la pompa cresce
proporzionalmente ai livelli di pressione del combustibile
all’interno del rail ed alla velocità di rotazione della pompa stessa
che determina, inoltre, la portata di combustibile elaborata dalla
pompa
 Ad esempio, per un motore di 2 litri di cilindrata, con una
pressione del combustibile all’interno del rail pari a 1350 bar e per
un regime di rotazione di 3000 rpm si ha un assorbimento di
potenza di circa 3.8 kW (con un rendimento meccanico della
pompa pari a circa il 90%)
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione – Modalità di funzionamento
 Attraverso il filtro visto in
precedenza, la pompa di bassa
pressione invia il combustibile dal
serbatoio alla pompa di alta
pressione. Il combustibile entra
all’interno della pompa attraverso il
condotto di aspirazione e la valvola
di sicurezza (N° 13 e 14 in figura) e
alimenta, inoltre, i circuiti di
lubrificazione e di raffreddamento
della pompa stessa.
 La camma eccentrica della pompa (N°2), posta in rotazione dall’albero
motore (N°1), mette in movimento i tre pompanti (movimento rettilineo
alterno) in funzione della forma della camma stessa
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione – Modalità di funzionamento
 Non appena la pressione di mandata
della pompa di bassa pressione
supera il valore di taratura della
valvola di sicurezza N° 14 (da 0.5 a
1.5 bar) il combustibile viene
inviato all’interno della camera
pompante (N° 4) attraverso la
valvola di aspirazione (N° 5). In
questa fase il pistone si muove
verso il basso e compie la corsa di
aspirazione
 La valvola di aspirazione si chiude quando il pompante arriva al punto
morto inferiore (BDC – bottom death centre). In questa fase il
combustibile, intrappolato all’interno della camera, viene compresso fino
al valore di pressione di mandata della pompa
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione – Modalità di funzionamento
 Appena il combustibile all’interno
della camera pompante raggiunge il
valore di pressione che regna
all’interno del rail, si apre la
valvola di non ritorno di mandata
(N° 7) ed il fluido viene inviato al
circuito di alta pressione.
 Il singolo pompante continua ad
inviare il combustibile fino a
quando non raggiunge il punto
morto superiore (TDC – top death
centre)
 A questo punto il pistone ricomincia la sua corsa verso il BDC e la
pressione all’interno della camera pompante crolla rapidamente. Infine, la
valvola di mandata si chiude mentre quella di aspirazione si apre
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione – Modalità di funzionamento
 Poiché la pompa di alta pressione è
progettata per erogare elevati valori
di portata di combustibile, quando
il motore funziona a carico
parzializzato e nei transitori la
quantità di fluido in eccesso viene
inviata nuovamente al serbatoio
attraverso la valvola di controllo
della pressione (N° 10 in figura). In
questo modo il combustibile viene
laminato a bassa pressione
 L’energia impiegata per comprimere il combustibile ad elevata pressione
viene così dissipata e ciò contribuisce a ridurre l’efficienza complessiva
del sistema
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione – Modalità di funzionamento
 Tale inefficienza del sistema può
essere in parte limitata disattivando
uno dei tre pompanti nelle
condizioni di funzionamento del
motore per le quali viene richiesta
una minore portata di combustibile
 Infatti, quando uno degli elementi
pompanti (N° 3 in figura) viene
disattivato, viene conseguentemente
ridotta anche la portata di
combustibile erogata nel complesso
dalla pompa al rail
 La disattivazione di uno dei pompanti viene realizzata azionando la
valvola di aspirazione relativa (N° 5 in figura) che rimane sempre aperta
durante tutto il normale ciclo di funzionamento della pompa
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione – Modalità di funzionamento
 La valvola di aspirazione viene
aperta e mantenuta in posizione di
apertura azionando la valvola a
solenoide che agisce sull’elemento
mobile
 Pertanto, il combustibile all’interno
della camera pompante non può
essere compresso durante la corsa
di mandata
 Infatti, essendo aperta la valvola di
aspirazione, il fluido è libero di
rifluire nel condotto di aspirazione
 Quando uno dei tre pompanti viene disattivato la portata viene erogata
dalla pompa in maniera discontinua, con brevi interruzioni di flusso
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Pompa di alta pressione – Modalità di funzionamento
 La portata erogata dalla pompa di
alta pressione è proporzionale alla
sua velocità di rotazione
 La velocità di rotazione della
pompa è, a sua volta, funzione del
regime di rotazione del motore
 Il rapporto di trasmissione tra il
motore e la pompa di alta pressione
viene scelto in base a due esigenze
contrastanti: da un lato minimizzare
la quantità di combustibile pompata
in eccesso; dall’altro garantire una
sufficiente alimentazione del
combustibile a pieno carico (WOT)
 Valori del rapporto di
trasmissione motore-pompa di
alta pressione impiegati
comunemente sono: 1:2 e 2:3
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvola di controllo della pressione
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvola di controllo della pressione
 La valvola di controllo della
pressione è dotata di una apposita
flangia che ne permette il fissaggio
alla pompa di alta pressione o al rail
 La maggiore o minore tenuta tra gli
ambienti ad alta e bassa pressione
del sistema di iniezione viene
definita in base alla posizione
assunta dalla sfera (N° 1 in figura)
rispetto alla sede
 L’azionamento dell’elemento
mobile della valvola (N° 2) che a
sua volta preme sulla sfera avviene
per mezzo del solenoide (N° 3)
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvola di controllo della pressione - Modalità di funzionamento
 Modalità di funzionamento con il
solenoide non eccitato:
l’elevata pressione del combustibile
all’interno del rail o alla mandata
della pompa di alta pressione viene
applicata alla sfera della valvola di
controllo della pressione attraverso il
condotto di ingresso. Poiché il
solenoide non è eccitato la sfera
viene mantenuta in posizione di
chiusura dalla sola forza elastica
della molla.
La forza esercitata dal fluido sulla sfera supera facilmente la forza della
molla  la valvola si apre e raggiunge un grado di apertura che dipende
dalla portata di mandata della pompa (pmax-rail  100 bar)
Sistemi di Iniezione Common Rail
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HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvola di controllo della pressione - Modalità di funzionamento
 Modalità di funzionamento con il
solenoide eccitato:
al fine di raggiungere livelli più
elevati di pressione all’interno del
rail, alla forza della molla si viene ad
aggiungere anche la forza
elettromagnetica generata
sull’elemento mobile dal solenoide.
La valvola raggiunge una posizione
di equilibrio caratterizzata da un ben
determinato grado di apertura
dipendente dalla forza esercitata dal
solenoide  la valvola rimane
aperta e mantiene costante la
pressione del combustibile
Sistemi di Iniezione Common Rail
57
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvola di controllo della pressione - Modalità di funzionamento
 Una variazione della portata
erogata dalla pompa o la
laminazione di una certa quantità di
combustibile dal circuito di alta
pressione viene compensata da una
corrispondente variazione del grado
di apertura dell’elemento mobile
della valvola
 La forza generata dal solenoide è
proporzionale alla corrente di
alimentazione che viene
solitamente variata per mezzo di un
dispositivo di PWM (pulse with
modulation)
 Una corrente di alimentazione
del solenoide pulsante alla
frequenza di 1 kHz è
sufficiente a proteggere il
sistema da fluttuazioni di
pressione indesiderate
Sistemi di Iniezione Common Rail
58
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Rail
Sistemi di Iniezione Common Rail
59
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 i cilindri da cui il nome “common rail”
 Anche quando elevate quantità di combustibile sono estratte
dal rail (ad esempio in seguito all’iniezione di combustibile
all’interno di un cilindro) all’interno di esso la pressione
rimane praticamente costante
Sistemi di Iniezione Common Rail
60
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
61
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Sistemi di Iniezione Common Rail
62
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
63
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
64
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
65
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
66
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 dei motori Diesel,
l’accuratezza del sensore di pressione
è pari a circa il  2% del fondo scala
Sistemi di Iniezione Common Rail
67
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Regolatore di pressione del rail
Sistemi di Iniezione Common Rail
68
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 di iniezione
 Il valore massimo della pressione di taratura del regolatore di
pressione del rail è solitamente dell’ordine di 1500 – 1600 bar
Sistemi di Iniezione Common Rail
69
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Regolatore di pressione del rail
 Il regolatore di pressione del rail è
costituito dai seguenti componenti
principali:

Corpo dotato di filettatura
esterna per il fissaggio sul rail e
di filettatura interna per la
connessione con la linea di
ritorno al serbatoio

Otturatore mobile interno

Molla precaricata
Sistemi di Iniezione Common Rail
70
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Regolatore di pressione del rail
 In corrispondenza dell’estremità
filettata esterna per la connessione al
rail il corpo del regolatore è dotato di
un foro di passaggio tenuto in
posizione di chiusura dall’estremità
conica dell’otturatore mobile
 Fino a che la pressione all’interno del
rail rimane inferiore rispetto al valore
di taratura, l’otturatore viene
mantenuto in posizione di chiusura
dalla forza esercitata dalla molla
precaricata
Sistemi di Iniezione Common Rail
71
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
72
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori
Sistemi di Iniezione Common Rail
73
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori
 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
 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
74
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori
 La valvola limitatrice di portata all’iniettore
è costituita da un corpo metallico (N° 5)
dotato di filettature esterne per il
collegamento con il rail e con l’iniettore.
Alle due estremità del corpo sono presenti
anche due passaggi per le connessioni
idrauliche al rail ed all’iniettore
 All’interno del corpo è presente un otturatore
mobile (N° 3) forato al centro per il
passaggio del fluido dall’ingresso all’uscita.
Tale otturatore è spinto nella direzione del
rail dalla forza esercitata da una molla (N° 4)
posizionata all’interno del corpo della
valvola
Sistemi di Iniezione Common Rail
75
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori
 L’otturatore mobile fa tenuta rispetto alla
superficie cilindrica interna del corpo
 Il passaggio del combustibile in direzione
longitudinale avviene attraverso il foro
ricavato all’interno di esso
 Tale foro si restringe in corrispondenza di
una delle due terminazioni dell’otturatore
definendo una ben precisa area di efflusso
che ha il compito di limitare la portata di
combustibile
Sistemi di Iniezione Common Rail
76
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori - Modalità di funzionamento
 Modalità di funzionamento normale:
 L’otturatore mobile si trova in posizione di riposo
a contatto con la sede in corrispondenza della
connessione idraulica della valvola con il rail
 In corrispondenza dell’istante di iniezione il
combustibile comincia ad attraversare la valvola.
La caduta di pressione a cavallo della sezione
ristretta dell’otturatore determina l’azione di una
forza che agisce sull’otturatore e vince
progressivamente la forza della molla
 L’otturatore mobile si sposta nella direzione
dell’iniettore e chiude progressivamente la luce di
passaggio del fluido dal rail all’iniettore stesso
Sistemi di Iniezione Common Rail
77
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori - Modalità di funzionamento
 Modalità di funzionamento normale:
 Alla fine della fase di iniezione l’iniettore
si chiude, il flusso attraverso di esso si
interrompe e la molla riporta l’otturatore
mobile nella sua posizione di riposo a
contatto con la battuta superiore
 La molla ed il diametro dei fori per il
passaggio del fluido attraverso l’otturatore
mobile sono dimensionati in modo tale da
garantire che, anche in corrispondenza
della massima quantità di combustibile
iniettata, siano in grado di riportare
l’otturatore in posizione iniziale di riposo
Sistemi di Iniezione Common Rail
78
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori - Modalità di funzionamento
 Modalità di funzionamento anormale:
 Se l’iniettore rimane aperto a causa di un
guasto si ha un flusso eccessivo di combustibile
attraverso di esso ed all’interno del cilindro con
i conseguenti ovvi problemi di funzionamento
del motore
 La caduta di pressione aumenta, pertanto,
proporzionalmente alla portata di combustibile.
In questo caso, la forza dovuta alla differenza
di pressione vince la resistenza esercitata dalla
molla e l’otturatore si muove verso il basso
fino a chiudere completamente il passaggio del
combustibile attraverso la valvola verso
l’iniettore
Sistemi di Iniezione Common Rail
79
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori - Modalità di funzionamento
 Modalità di funzionamento con trafilamento:
 Se l’iniettore al termine di una fase di iniezione
non si chiude perfettamente si verifica il
trafilamento di una certa quantità di combustibile
dal sistema di iniezione all’interno del cilindro
del motore
 In questo caso, in funzione della portata di
trafilamento residua, ad ogni iniezione
l’otturatore non riesce a raggiungere la posizione
di riposo a contatto con la battuta all’estremità
del corpo della valvola collegata al rail
 Dopo un certo numero di iniezioni l’otturatore arriva a contatto con la sede
inferiore ricavata all’interno del corpo della valvola e chiude il passaggio del
combustibile verso l’iniettore
Sistemi di Iniezione Common Rail
80
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Valvole limitatrici di portata agli iniettori
Sistemi di Iniezione Common Rail
81
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Iniettore
Sistemi di Iniezione Common Rail
82
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
83
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Iniettore
 Dal punto di vista funzionale gli iniettori a
comando elettro-idraulico dei moderni sistemi di
iniezione di tipo common rail possono essere
suddivisi in tre parti principali:
1) Solenoid valve (valvola a solenoide)
2) Hydraulic servo-system (servo sistema
idraulico)
3) Hole-type nozzle (ugello e polverizzatore
di iniezione)
Sistemi di Iniezione Common Rail
84
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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)
Sistemi di Iniezione Common Rail
85
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
86
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Iniettore - Modalità di 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
87
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Iniettore chiuso
Sistemi di Iniezione Common Rail
88
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
89
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Iniettore aperto (avvio dell’iniezione)
Sistemi di Iniezione Common Rail
90
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Iniettore aperto (avvio dell’iniezione)
 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, da l’avvio alla
fase di iniezione
Sistemi di Iniezione Common Rail
91
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Iniettore completamente 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
92
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
della valvola 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
93
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
94
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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
Sistemi di Iniezione Common Rail
95
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 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)
Sistemi di Iniezione Common Rail
96
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Hole-type nozzles
 In entrambi i casi (sac-hole e seathole nozzles) i fori di 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
Sistemi di Iniezione Common Rail
97
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 al di sotto dei fori di
iniezione (volume residuo)
Sac hole nozzle
 Tale obiettivo può essere raggiunto
più facilmente utilizzando iniettori
di tipo seat-hole nozzles
Seat hole nozzle
Sistemi di Iniezione Common Rail
98
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Sac-hole nozzle
 Gli iniettori di tipo sac-hole nozzles sono
caratterizzati da fori di iniezione posizionati
nella parte terminale dell’iniettore stesso
 Tutti i fori di iniezione solo alimentati da un
volume di fluido ricavato nella parte
terminale dell’iniettore detto “sac” da cui il
nome del particolare tipo di iniettore
 La forma geometrica del sac può essere di
due diverse tipologie:
 Sac cilindrico
 Sac conico
Sistemi di Iniezione Common Rail
99
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Sac-hole nozzle
 Gli iniettori di tipo sac-hole nozzles con
sac di forma cilindrica ed estremità di
forma semisferica permettono di avere
massima libertà in fase di progetto per
quanto riguarda:
 Numero dei fori di iniezione
 Lunghezza dei fori di iniezione
 Angolo dei fori di iniezione
 L’estremità dell’iniettore di forma
semisferica, unitamente alla forma
cilindrica del sac, permette di realizzare
fori di uguale lunghezza
Sistemi di Iniezione Common Rail
100
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Sac-hole nozzle
 Gli iniettori di tipo sac-hole nozzles con
sac di forma cilindrica ed estremità di
forma conica sono caratterizzati
esclusivamente da fori di iniezione aventi
lunghezza pari a 0.6 mm
 La forma conica dell’estremità
dell’iniettore permette di aumentarne lo
spessore di parete della parte terminale e,
quindi, di accrescerne la resistenza
strutturale
Sistemi di Iniezione Common Rail
101
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Sac-hole nozzle
 Gli iniettori di tipo sac-hole nozzles con
sac di forma conica ed estremità di
forma conica sono caratterizzati da valori
inferiori del volume residuo rispetto agli
altri due introdotti in precedenza
 Il volume residuo di questa tipologia di
iniettore è intermedio tra quelli di un seathole nozzle e di un sac-hole nozzle con sac
di forma cilindrica
 L’angolo di conicità del sac e dell’estremità
dell’iniettore sono solitamente uguali per
mantenere il più possibile costante lo
spessore di parete dell’iniettore
Sistemi di Iniezione Common Rail
102
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
Seat-hole nozzle
 Al fine di minimizzare il volume di
combustibile isolato nella parte
terminale dell’iniettore, e così le
emissioni di HC, la sezione iniziale dei
fori di iniezione può essere ricavata
direttamente in corrispondenza della
sede conica della parte terminale
dell’iniettore
 Come conseguenza di ciò non esiste
praticamente volume di combustibile
isolato (sac) e non c’è connessione
diretta tra la camera di combustione e
l’iniettore quando quest’ultimo è in
posizione di chiusura
Sistemi di Iniezione Common Rail
103
HIGH PRESSURE DELIVERY SYSTEM
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 di resistenza
strutturale
 I fori vengono solitamente realizzati per
elettro-erosione (EDM – electrical
discharge machining)
Sistemi di Iniezione Common Rail
104