iniettore pompa

L’INIETTORE POMPA Principio di funzionamento dell’impianto di iniezione delle motorizzazioni TDI del

gruppo Audi-Volkswagen La particolarità dell’impianto di alimentazione di cui sono equipaggiati i motori TDI del gruppo Audi – Volkswagen è costituita dall’unità di iniezione, realizzata in un unico componente nel quale sono integrati un gruppo pompa ed un iniettore a controllo elettronico. Questo sistema, denominato appunto iniettore-pompa, ha innanzitutto la funzione di generare l’alta pressione, quindi di iniettare il combustibile in esatta quantità e in un preciso istante. L’azionamento di ciascuna di queste unità (una per cilindro) avviene per mezzo di un meccanismo a bilanciere, tramite quattro camme supplementari realizzate appositamente per questa funzione, presenti sull’albero della distribuzione alloggiato sulla testata. Prima di illustrare il principio di funzionamento di questo particolare dispositivo è necessario descrivere il circuito di alimentazione del carburante. Una pompa meccanica aspira dal serbatoio una consistente quantità di combustibile che viene spinta, per mezzo di una tubazione di mandata, attraverso il filtro ed inviata quindi verso la testata (in lega leggera) nella quale è ricavato un condotto che ne percorre tutta la lunghezza. In tale condotto è presente un tubo distributore realizzato in materiale plastico, che permette l’alimentazione di ciascun iniettore. La funzione principale della tubazione così conformata, è quella di mantenere costante la temperatura del combustibile che deve essere introdotto in ciascuna unità di iniezione. A questo scopo il gasolio fluisce all’interno del distributore in direzione del primo cilindro, quindi attraverso dei fori trasversali, penetra nella intercapedine situata tra il tubo distributore e la parete del condotto che lo contiene. In tale intercapedine la mandata del combustibile si miscela con quella calda che rifluisce dalla camera di alta pressione degli iniettori, prima che inizi la fase di erogazione ai cilindri. Parte di questo gasolio viene anche introdotto nel tubo di ritorno diretto al serbatoio. Mantenendo la temperatura di mandata uniforme, si garantisce l’invio della stessa massa di combustibile ad ogni unità. La centralina controllo motore, in base alle informazione ricevute dal sensore di temperatura del carburante, adatta la quantità di gasolio e l’anticipo di iniezione in base alla densità e alla viscosità istantanee del combustibile. Il corretto funzionamento di questo tipo di impianto e quindi la buona combustione del carburante iniettato, dipende infatti principalmente dalla precisione con la quale il gasolio viene immesso nella camera di scoppio, nonché dalla generazione di un’elevata turbolenza dell’aria aspirata che consente la totale e rapida ossidazione della carica. In sintesi l’iniezione deve avvenire in precisa quantità, nel esatto momento e ad elevata pressione, poiché scostamenti anche minimi dalle condizioni nominali provocherebbero rumore di combustione, consistente aumento delle emissioni nocive allo scarico e forte incremento dei consumi. Particolarmente

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rilevante per il corretto funzionamento del propulsore è anche il rilevamento del ritardo di scoppio rispetto all’iniezione, infatti se in questa fase la dose di carburante apportata risulta eccessiva, l’ossidazione della carica non viene completata e la rumorosità di combustione aumenta considerevolmente a causa dell’improvviso e veloce innalzamento della pressione. All’interno della testa è inoltre presente, come già citato, un circuito di ritorno per il combustibile in eccesso, il quale deve essere fatto raffreddare e, in seguito, rifluire verso il serbatoio. A questo scopo l’impianto di alimentazione delle versioni TDI, è dotato di uno scambiatore di calore acqua/gasolio, nel quale è presente una serpentina dove viene fatto fluire il carburante in eccesso. Per evitare la formazione di bolle di vapore nel condotto di ritorno è installata una valvola tarata per permettere il riflusso del carburante solo con una pressione pari a 1 bar relativo, in modo da mantenere costante la pressione stessa nell’iniettore prima che inizi la fase di erogazione del gasolio. Le versioni del propulsore con maggior potenza, ovviamente sottoposte a sollecitazioni superiori, sono invece equipaggiate con un sistema di raffreddamento del combustibile supplementare costituito da un radiatore gasolio/aria separato. Questo sistema di iniezione è inoltre dotato di un impianto di preriscaldamento della camera di combustione che consente di facilitare l’avviamento alle basse temperature. Tale impianto viene azionato dal calcolatore dell’iniezione che, in base alle informazioni ricevute da vari sensori (quello del regime, della temperatura acqua, ecc.), alimenta il teleruttore di comando delle candelette ad incandescenza, in presenza di una temperatura del liquido di raffreddamento inferiore ad una soglia prestabilita. Ad ogni avviamento la centralina gestisce inoltre un programma di postriscaldamento, allo scopo di ridurre la rumorosità dovuta al processo di combustione e le emissioni nocive allo scarico, nonché per migliorare il funzionamento del propulsore al regime del minimo. Per ottenere una combustione regolare con elevato rendimento e una variazione della pressione in camera di scoppio sufficientemente graduale, viene adottato un sistema di iniezione costituito da diverse fasi. L’aumento progressivo della pressione è realizzato iniettando all’interno della camera di scoppio una ridotta quantità di carburante a bassa pressione, in modo da creare le condizioni per una combustione rapida ed efficiente della portata di gasolio iniettata durante la fase principale. Così facendo si scongiura la generazione di picchi di pressione e si consente una ossidazione graduale della carica. Il periodo di iniezione comincia con il comando della valvola elettromagnetica laterale a spillo da parte della centralina controllo motore. L’ago dell’elettrovalvola viene sollevato dalla relativa sede e chiude il condotto di alimentazione della camera ad alta pressione, permettendo la pressurizzazione del carburante al suo interno. Al raggiungimento di circa 180 bar la pressione esercitata dal gasolio supera la forza della molla del polverizzatore, sollevandolo e dando così inizio alla fase di preiniezione. Questa fase termina quando il pistone dell’accumulatore spostandosi


aumenta il volume della relativa camera. La pressione all’interno di tale camera diminuisce quindi bruscamente, provocando la chiusura dell’ago del polverizzatore. La corsa di apertura dello spillo durante la fase di preiniezione rimane comunque molto ridotta per effetto di un forte smorzamento idraulico, ottenuto per mezzo di un pistone ammortizzatore disposto fra lo spillo stesso e la molla del polverizzatore. A causa dello spostamento verso il basso del pistone di by-pass la molla del polverizzatore subisce una maggiore forza di precarico. Per questo affinché lo spillo del polverizzatore possa nuovamente aprirsi ed effettuare l’iniezione principale, è necessario che il combustibile raggiunga una pressione più elevata rispetto a quella utilizzata per innescare la preiniezione. L’iniezione principale ha inizio quando la pressurizzazione nella camera raggiunge il valore di circa 300 bar per effetto del pompante che si sposta verso il basso, vincendo la forza della molla precaricata del polverizzatore e facendo sollevare nuovamente lo spillo. Il valore di pressione massimo può superare la soglia dei 2000 bar poiché, quando il motore eroga la potenza maggiore (e cioè ad un regime di circa 4000 giri/min.), dalla camera di alta pressione viene spinta una quantità di carburante superiore alla portata che può defluire attraverso i fori del polverizzatore. Inoltre l’elevato valore di pressurizzazione è necessario per ottenere una finissima polverizzazione della carica in modo da assicurarne la sua completa combustione. La fase dell’iniezione principale termina quando la valvola elettromagnetica non viene più comandata e, conseguentemente, viene aperta dalla molla di ritorno. In tal modo il carburante spinto dal pompante fluisce nel condotto di mandata esercitando, tra le altre cose, un’azione di raffreddamento sull’iniettore, il quale cede una frazione del suo calore al carburante inviato in parte anche attraverso il circuito di ritorno al serbatoio. A questo punto la pressione del gasolio subisce una tale diminuzione da consentire allo spillo del polverizzatore di chiudersi. La caduta di pressione al termine della fase di iniezione principale è fondamentale, poiché se l’ago non si richiudesse rapidamente si rischierebbe di immettere nella camera di scoppio una dose di gasolio sottoforma di goccia, il che provocherebbe un consistente aumento dei depositi carboniosi e delle emissioni nocive allo scarico.


L’iniettore-pompa è costituito dall’integrazione di un gruppo pompa che ha lo scopo di generare la pressione, un’unità di comando a controllo elettronico ed un iniettore-polverizzatore.


Schema del circuito di alimentazione del carburante. Ricordiamo che nelle versioni con maggior potenza sottoposte a più elevate sollecitazioni, è presente anche un radiatore supplementare gasolio/aria per il raffreddamento del carburante di ritorno al serbatoio.


La pressione del circuito del carburante diretto agli iniettori, nonché la depressione nel tratto diretto al serbatoio, viene generata da una pompa tandem calettata sull’estremità dell’albero a camme lato cambio. Nell’immagine si possono vedere tutti i componenti dei quali è costituita tale pompa.


Il condotto di mandata del carburante ricavato nella testata, al cui interno è presente un tubetto distributore che permette l’alimentazione di ciascun iniettore. Allo scopo di mantenere costante la temperatura del carburante, la conformazione di tale tubazione è realizzata in modo che il gasolio possa fluire all’interno di essa in direzione del primo cilindro, quindi attraverso dei fori trasversali, penetrare nella intercapedine situata tra il tubo distributore e la parete del condotto. In questa intercapedine giunge il combustibile caldo che proviene dalla camera di alta pressione, quando non è stata ancora chiusa per cominciare il processo di iniezione. Parte di questo combustibile è anche scaricato verso il serbatoio, tramite la tubazione di ritorno.

La posizione di montaggio dell’unità di iniezione nella testata del propulsore Audi, è stata oggetto di approfonditi studi. Infatti allo scopo di ottenere un elevato rendimento è necessario che la fase di iniezione con la relativa polverizzazione, risulti perfettamente ottimizzata con la turbolenza presente nella camera di combustione.


Gli iniettori-pompa devono essere fissati alla testata per mezzo di appositi blocchetti di serraggio, i quali vanno posizionati osservando una sequenza specifica stabilita dalla Casa Costruttrice.


Visuale della sezione di questa particolare tipologia di iniettore, al suo interno sono infatti visibili tutti gli elementi che lo compongono.


Il pompante interno a ciascun iniettore viene attivato tramite un bilanciere a rullo, sul quale agisce la camma supplementare ricavata nell’albero della distribuzione, alloggiato sulla testata. Le camme hanno superfici estese allo scopo di ridurre la pressione di contatto durante l’azionamento.


La preiniezione ha inizio con il movimento del pompante verso il basso e quando l’elettrovalvola è stata chiusa dalla centralina. In questa fase la pressione del carburante raggiunge i 180 bar e vince la forza esercitata dalla molla. Lo spillo del polverizzatore si solleva permettendo l’iniezione del carburante.


La fase di preiniezione termina quando il pistone dell’accumulatore spostandosi aumenta il volume della relativa camera. La pressione all’interno di tale camera diminuisce quindi bruscamente, provocando la chiusura dell’ago del polverizzatore.


L’iniezione principale ha inizio quando la pressione nella camera raggiunge il valore di circa 300 bar per effetto del pompante che si sposta verso il basso e vince la forza della molla precaricata del polverizzatore facendo sollevare nuovamente lo spillo.


La fase dell’iniezione principale termina quando la valvola elettromagnetica non viene più comandata e, conseguentemente, viene aperta dalla sua molla di ritorno. In tal modo il combustibile spinto dal pompante fluisce nel condotto di mandata e in parte anche in quello di ritorno. A questo punto la pressione del gasolio subisce una tale diminuzione, da consentire allo spillo del polverizzatore di chiudersi.


iniettore pompa

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