Il blocco idraulico

Nel piano inferiore giace il serbatoio (a) dal quale il combustibile viene pre- levato con una pompa sotto battente di bassa pressione (b). In serie alla pompa vi sono posti un filtro (c), una valvola a tre vie (d) per la regolazione manuale della pressione di bassa e un manometro. Mentre un’uscita della valvola `e collegata al serbatoio (ricircolo), l’altra porta il gasolio all’aspira- zione della pompa di alta pressione (f). Qui, una valvola a solenoide (e) `e posta sull’aspirazione per regolare la pressione del circuito di alta.

L’uscita del backflow della pompa di alta torna al rail posto sul serbatoio e l’uscita ad alta pressione porta il gasolio nel rail (g) di distribuzione degli iniettori (i). Questi a loro volta, attraverso l’ugello principale, iniettano il

Figura 2.1: Schema idraulico del sistema Common Rail installato sul banco.

combustibile in un collettore (j) che raccoglie e convoglia il flusso attraverso un misuratore a effetto Coriolis (k), poi di nuovo al serbatoio. Attraverso un ugello secondario posto sulla parte superiore di ogni iniettore vengono convogliati i flussi di backleak su un rail di bassa pressione, regolato con una valvola in uscita in maniera da formare una contro-pressione compresa tra 0.6 e 1.4 bar. Anche quest’ultimo flusso verr`a diretto verso un secondo misuratore a effetto Coriolis.

Sullo stesso albero della pompa vi sono calettati in serie il torsiometro (l) e la puleggia che vi trasmette il moto del motore elettrico (m).

La pompa di alta pressione - Denso HP3

La pompa principale `e composta dal sistema pompante (camma eccentrica, camma anulare e pompanti), da una valvola SCV (Suction Control Valve) e

Figura 2.2: Pompa Denso HP3. [2]

da una pompa trocoidale secondaria.

I due pompanti sono posizionati simmetricamente rispetto all’albero, ra- schiando la parte esterna della camma anulare.

Figura 2.3: Sezione di una valvola SCV. [?]

Portata e prevalenza della pompa sono controllate dalla valvola di con- trollo della suzione SCV (Figura 2.3) che, per definizione, viene posta al- l’aspirazione: questo permette di ridurre il combustibile ad alta pressione a una quantit`a vicina a quella strettamente necessaria, riducendo i consumi e di conseguenza le emissioni. Questo ha un impatto positivo anche sulla temperatura del combustibile di ritorno nel serbatoio. La valvola `e attuata da un solenoide eccitato da un opportuno circuito e pu`o essere normalmente

Figura 2.4: Funzionamento del sistema eccentrico-camma nella pompa Denso HP3. [2]

aperta (la valvola apre a solenoide scarico) o normalmente chiusa. Il circuito di comando (driver) si basa sull’L295 della STMicroelectronics. Questo cir- cuito integrato ammette in ingresso un duty cycle di tensione e fornisce in uscita un segnale di corrente a dente di sega, limitato superiormente dalla sua comparazione con una tensione di riferimento.

A monte della SCV, vi `e una pompa rotante di tipo trocoidale. `E ca- lettata sul medesimo albero che fa ruotare entrambi i rotori (ipotrocoide ed epitrocoide) e il fluido, similmente a quanto succede in una pompa ad ingra- naggi, viene guidato verso la mandata attraverso i vani che si creano tra i due rotori. La pressione di questa pompa secondaria `e regolata da una valvola di massima a molla posta sulla mandata che devia il fluido in eccesso indietro sull’aspirazione.

Figura 2.5: Principio di funzionamento del torsiometro estensimetrico. A: confi- gurazione degli estensimetri sulla strozzatura dell’albero del torsiometro. B: ponte di misurazione.

una camma anulare. Quest’ultima presenta un alloggiamento circolare per l’eccentrico e sezione esterna quadrata. Come si pu`o evincere dalla figu- ra 2.4, la rotazione dell’eccentrico nell’alloggiamento della camma anulare ne provoca il movimento alternativo che aziona i pompanti. La consegna del combustibile al circuito di alta pressione `e garantita da due valvole di non ritorno, una per pompante.

Il torsiometro - Kistler Dual-Range Torque Sensor 4503A

Il torsiometro utilizzato `e di tipo estensimetrico. Questo `e costituito da 4 estensimetri elettrici disposti a due a due sulla stessa sezione dell’albero in posizioni diametralmente opposte, due su eliche destrorse inclinate di 45°, gli altri due su eliche sinistrorse sempre inclinate di 45° (figura 2.5); a seguito delle deformazioni di torsione una coppia di estensimetri si allunga cos`ı che la resistenza elettrica aumenta, mentre l’altra coppia si accorcia con conseguente diminuzione della resistenza; le variazioni di resistenza vengono misurate con un circuito a ponte i cui rami sono costituiti dai 4 estensimetri; lo squilibrio del ponte `e proporzionale all’angolo di rotazione e quindi alla coppia da misurare.

Figura 2.6: Schema dei segnali d’interesse in uscita dal modulo elettronico del torsiometro.

Il flussometro - Siemens SITRANS F C MASSFLO DI1.5

Figura 2.7: Principio di funzionamento di un flussometro di tipo Coriolis.

Il flussometro inerziale `e un dispositivo in grado di misurare il flusso di massa di un fluido che scorre in un tubo. Questo non si limita a misurare il volume del fluido nell’unit`a di tempo, ma riesce a misurarne il flusso di massa e, se il flussometro `e opportunamente predisposto, anche la densit`a. Questa infatti cambia notevolmente con la temperatura e con la pressione per cui, in molte applicazioni, misurare il flusso volumetrico non `e sufficiente.

La figura 2.7 mostra com’`e fatto il flussometro Coriolis a tubi curvati. Il fluido scorre all’interno di due tubi curvi paralleli che, grazie ad un attuato-

re, vibrano specularmente allontanandosi e avvicinandosi ad una frequenza compresa tra 80 e 1000 Hz. La presenza di due tubi controvibranti permette di rendere il misuratore quasi insensibile alle vibrazioni esterne. L’ampiezza di tali vibrazioni `e tanto piccola da non essere percettibile.

Se non scorre nessun fluido i due tubi vibrano in maniera simmetrica, mantenendo i segmenti paralleli tra loro.

Non appena il fluido scorre all’interno dei tubi, questi vibrano in maniera distorta: il braccio che porta il flusso radialmente dal centro alla periferia su- bir`a dall’elemento di fluido una forza crescente per via dell’aumento del suo momento angolare, perci`o vibrer`a con un certo ritardo; il braccio che porta invece il flusso verso l’asse eserciter`a una forza sull’elemento di fluido per diminuirne il momento angolare, perci`o vibrer`a con un certo anticipo. Mag- giori dettagli sulla forza di Coriolis alla base del principio saranno sviluppati in Appendice.

Entrambi i bracci vibreranno alla stessa frequenza, ma saranno sfasati l’uno rispetto all’altro e la misura di questa sfasatura, τ , `e proporzionale alla massa che fluisce nei tubi secondo la seguente relazione:

Qm =

Ku− Iuω2

2Kd2 τ (2.1)

dove:

– Ku `e la rigidit`a dei tubi,

– K `e un fattore di forma,

– d `e il diametro dei tubi,

– ω `e la frequenza di vibrazione,

– Iu `e l’inerzia dei tubi, dipendente dalla densit`a del fluido,

Se la densit`a cambia in maniera non prevedibile e tale da non rendere possibile una ricalibrazione manuale, il flussometro pu`o essere adattato per misurala. Di fatti, un flussometro cos`ı conformato `e del tutto assimilabile ad un tubo a U che adatta la frequenza di vibrazione a quella di risonanza del tubo contenente il fluido. Questa infatti `e dipendente dalla massa totale e, a pari volume, dalla densit`a del fluido con la quale si relaziona nel modo seguente:

ρ = Aτ2− B (2.2)

dove A e B sono costanti di calibrazione e τ `e il periodo di vibrazione di risonanza.