IT202000017989A1

IT202000017989A1 - HEATER DEVICE FOR AN EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: IT202000017989A1
Application number: IT102020000017989A
Authority: IT
Inventors: Sana Marco La; Mauro Brignone; Emanuele Milani; Stefano Rivella
Original assignee: Marelli Europe Spa
Priority date: 2020-07-24
Filing date: 2020-07-24
Publication date: 2022-01-24

Description

D E S C R I Z I O N E DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

?DISPOSITIVO RISCALDATORE PER UN SISTEMA DI SCARICO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA? ?HEATER DEVICE FOR AN EXHAUST SYSTEM OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE?

SETTORE DELLA TECNICA TECHNICAL SECTOR

La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna. The present invention ? relating to a heater device for an exhaust system of an internal combustion engine.

ARTE ANTERIORE EARLIER ART

Un sistema di scarico di un motore a combustione interna comprende un condotto di scarico lungo il quale ? installato almeno un dispositivo di trattamento dei gas di scarico provenienti dal motore a combustione interna; in particolare ? sempre previsto un catalizzatore (ossidante o riducente) a cui si pu? aggiungere un filtro antiparticolato. Il catalizzatore per funzionare (cio? per realizzare la conversione catalitica) richiede di operare ad una temperatura di esercizio relativamente elevata (un moderno catalizzatore lavora a temperature prossime anche agli 800?C) in quanto le reazioni chimiche di conversione di idrocarburi incombusti, ossidi di azoto, monossido di carbonio in anidride carbonica, acqua e azoto avvengono solo una volta che ? stata raggiunta la temperatura di lavoro. An internal combustion engine exhaust system includes an exhaust duct along which installed at least one treatment device for the exhaust gases coming from the internal combustion engine; in particular ? always expected a catalyst (oxidizing or reducing) to which you can? add a particle filter. In order to function (that is, to carry out the catalytic conversion) the catalyst requires to operate at a relatively high operating temperature (a modern catalyst works at temperatures even close to 800°C) as the chemical conversion reactions of unburnt hydrocarbons, oxides of nitrogen, carbon monoxide into carbon dioxide, water and nitrogen only happen once ? the working temperature has been reached.

Durante una fase di avviamento a freddo (cio? quando il motore a combustione interna viene accesso dopo una sosta prolungata per effetto della quale la temperatura delle varie componenti del motore a combustione interna ? arrivata alla temperatura ambiente), la temperatura del catalizzatore rimane per un tempo relativamente lungo (anche alcuni minuti in inverno e durante un percorso cittadino lungo il quale il motore a combustione interna gira sempre al minimo o quasi) molto al di sotto della temperatura di esercizio. Di conseguenza, durante la fase di avviamento a freddo, cio? durante il periodo di tempo in cui il catalizzatore non ha ancora raggiunto la sua temperatura di esercizio, le emissioni inquinanti in uscita sono elevate perch? l'effetto di purificazione del catalizzatore ? nullo o comunque poco efficace. During a cold start phase (that is, when the internal combustion engine is turned on after a prolonged stop as a result of which the temperature of the various components of the internal combustion engine has reached ambient temperature), the catalyst temperature remains for a relatively long time (even a few minutes in winter and during a city journey along which the internal combustion engine always idles or almost always) well below the operating temperature. Consequently, during the cold start phase, the cio? during the period of time in which the catalyst has not yet reached its operating temperature, the polluting emissions at the exit are high because? the purification effect of the catalyst ? none or in any case ineffective.

Per velocizzare il raggiungimento della temperatura di esercizio del catalizzatore, i brevetti US6319077B1 e US8006487B2 propongono di installare lungo il condotto di scarico un dispositivo riscaldatore che bruciando del carburante genera un flusso di aria (molto) calda che attraversa il catalizzatore. In particolare il dispositivo riscaldatore comprende una camera di combustione che ? collegata in uscita al condotto di scarico (immediatamente a monte del catalizzatore) ed ? collegata in ingresso ad un ventilatore che genera un flusso di aria che attraversa la camera di combustione; nella camera di combustione sono disposti anche un iniettore di carburante che inietta del carburante che si miscela con l?aria ed una candela che scocca ciclicamente delle scintille per accedere la miscela aria-carburante in modo da ottenere la combustione che riscalda l?aria stessa. To speed up the achievement of the operating temperature of the catalyst, patents US6319077B1 and US8006487B2 propose installing a heater device along the exhaust duct which, by burning fuel, generates a flow of (very) hot air which passes through the catalyst. In particular, the heater device comprises a combustion chamber which ? connected at the outlet to the exhaust duct (immediately upstream of the catalyst) and ? connected at the input to a fan which generates a flow of air which crosses the combustion chamber; also arranged in the combustion chamber is a fuel injector which injects fuel which mixes with the air and a spark plug which cyclically releases sparks to access the air-fuel mixture so as to obtain combustion which heats the air itself.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE DESCRIPTION OF THE INVENTION

Scopo della presente invenzione ? fornire un dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna, il quale dispositivo riscaldatore permetta di ottenere una combustione completa del carburante (ovvero senza immettere nel catalizzatore del carburante incombusto) e, inoltre, sia di facile ed economica realizzazione. Purpose of the present invention? providing a heater device for an exhaust system of an internal combustion engine, which heater device allows to obtain complete combustion of the fuel (ie without introducing unburned fuel into the catalyst) and, furthermore, is easy and economical to produce.

Secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. According to the present invention there is provided a heater device for an exhaust system of an internal combustion engine, according to what is claimed in the appended claims.

Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione. The claims describe preferred embodiments of the present invention forming an integral part of the present description.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativo, in cui: This invention will come now described with reference to the attached drawings, which illustrate some non-limiting embodiments, in which:

? la figura 1 ? una vista schematica e parziale di un sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo riscaldatore realizzato in accordo con la presente invenzione; ? figure 1 ? a schematic and partial view of an exhaust system of an internal combustion engine provided with a heater device made in accordance with the present invention;

? la figura 2 ? una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza del dispositivo riscaldatore della figura 1; ? figure 2 ? a schematic view, in longitudinal section and with parts removed for clarity, of the heating device of figure 1;

? la figura 3 ? una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza del dispositivo riscaldatore della figura 1 con in evidenza i percorsi dei flussi di aria; ? figure 3 ? a schematic view, in longitudinal section and with parts removed for clarity, of the heating device of figure 1 showing the paths of the air flows;

? la figura 4 ? una vista prospettica del dispositivo riscaldatore della figura 1 con l?asportazione di parti per chiarezza; ? figure 4 ? a perspective view of the heater device of FIG. 1 with parts removed for clarity;

? la figura 5 ? una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza di una variante del dispositivo riscaldatore della figura 1; ? figure 5 ? a schematic view, in longitudinal section and with parts removed for clarity, of a variant of the heating device of figure 1;

? la figura 6 ? una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza del dispositivo riscaldatore della figura 5 con in evidenza i percorsi dei flussi di aria; ? figure 6 ? a schematic view, in longitudinal section and with parts removed for clarity, of the heating device of figure 5 showing the paths of the air flows;

? la figura 7 ? una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza di una ulteriore variante del dispositivo riscaldatore della figura 1; e ? figure 7 ? a schematic view, in longitudinal section and with parts removed for clarity, of a further variant of the heating device of figure 1; And

? la figura 8 ? una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza del dispositivo riscaldatore della figura 7 con in evidenza i percorsi dei flussi di aria. ? the figure 8 ? a schematic view, in longitudinal section and with parts removed for clarity, of the heating device of figure 7 showing in evidence the paths of the air flows.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION

Nella figure 1, con il numero 1 ? indicato nel suo complesso un sistema di scarico di un motore 2 a combustione interna. In figure 1, with the number 1 ? indicated as a whole an exhaust system of an internal combustion engine 2.

Il sistema 1 di scarico comprende un condotto 3 di scarico che si origina da un collettore di scarico del motore 2 a combustione interna e termina con un silenziatore 4 dal quale i gas di scarico vengono immessi nell?atmosfera. Lungo il condotto 3 di scarico ? installato almeno un dispositivo 5 di trattamento dei gas di scarico provenienti dal motore a combustione interna; in particolare ? sempre previsto un catalizzatore (ossidante o riducente) a cui si pu? aggiungere un filtro antiparticolato. Il catalizzatore per funzionare (cio? per realizzare la conversione catalitica) richiede di operare ad una temperatura di esercizio relativamente elevata (un moderno catalizzatore lavora a temperature prossime anche agli 800?C) in quanto le reazioni chimiche di conversione di idrocarburi incombusti, ossidi di azoto, monossido di carbonio in anidride carbonica, acqua e azoto avvengono solo una volta che ? stata raggiunta la temperatura di lavoro. The exhaust system 1 comprises an exhaust duct 3 which originates from an exhaust manifold of the internal combustion engine 2 and ends with a silencer 4 from which the exhaust gases are released into the atmosphere. Along the exhaust pipe 3 ? installed at least one device 5 for treating the exhaust gases coming from the internal combustion engine; in particular ? always expected a catalyst (oxidizing or reducing) to which you can? add a particle filter. In order to function (that is, to carry out the catalytic conversion) the catalyst requires to operate at a relatively high operating temperature (a modern catalyst works at temperatures even close to 800°C) as the chemical conversion reactions of unburnt hydrocarbons, oxides of nitrogen, carbon monoxide into carbon dioxide, water and nitrogen only happen once ? the working temperature has been reached.

Per velocizzare il riscaldamento del dispositivo 5 di trattamento, ovvero per permettere al dispositivo 5 di trattamento di raggiungere pi? velocemente la propria temperatura di esercizio, il sistema 1 di scarico comprende un dispositivo 6 riscaldatore che bruciando del carburante genera un flusso di aria (molto) calda che attraversa il dispositivo 5 di trattamento. To speed up the heating of the treatment device 5, or to allow the treatment device 5 to reach more? quickly reaches its operating temperature, the exhaust system 1 comprises a heater device 6 which, by burning fuel, generates a flow of (very) hot air which passes through the treatment device 5.

Il dispositivo 6 riscaldatore comprende una camera 7 di combustione che ? collegata in uscita al condotto 4 di scarico (immediatamente a monte del dispositivo 5 di trattamento) ed ? collegata in ingresso ad un ventilatore 8 (ovvero ad una pompa di aria) che genera un flusso di aria che attraversa la camera 7 di combustione; nella camera 7 di combustione sono disposti anche un iniettore 9 di carburante che inietta del carburante che si miscela con l?aria ed una candela 10 che scocca ciclicamente delle scintille per accedere la miscela aria-carburante in modo da ottenere la combustione che riscalda l?aria stessa. La camera 7 di combustione del dispositivo 6 riscaldatore termina con un condotto 11 di uscita che si innesta nel condotto 4 di scarico (immediatamente a monte del dispositivo 5 di trattamento). The heater device 6 comprises a combustion chamber 7 which ? connected at the outlet to the discharge duct 4 (immediately upstream of the treatment device 5) and ? connected at the input to a fan 8 (or to an air pump) which generates a flow of air which crosses the combustion chamber 7; also arranged in the combustion chamber 7 is a fuel injector 9 which injects fuel which mixes with the air and a spark plug 10 which cyclically releases sparks to access the air-fuel mixture so as to obtain combustion which heats the? air itself. The combustion chamber 7 of the heater device 6 terminates in an outlet duct 11 which engages in the exhaust duct 4 (immediately upstream of the treatment device 5).

Secondo quanto illustrato nella figura 4, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un corpo 12 tubolare (ad esempio di forma cilindrica e presentante una sezione trasversale circolare oppure ellittica) presentante un asse 13 longitudinale; il corpo 12 tubolare ? delimitato alle due estremit? da due pareti 14 e 15 di base tra loro opposte ed ? delimitato lateralmente da una parete 16 laterale che collega tra loro le due pareti 14 e 15 di base. La parete 14 di base ? centralmente forata per alloggiare l?iniettore 9 che ? montato coassialmente al corpo 12 tubolare (ovvero coassialmente all?asse 13 longitudinale); in altre parole, l?iniettore 9 di carburante ? montato attraverso la parete 14 di base del corpo 12 tubolare per iniettare nella camera 7 di combustione del carburante. Analogamente, la parete 15 di base ? centralmente forata per innestarsi con il condotto 11 di uscita che termina nel condotto 3 di scarico; ovvero la parete 15 di base una apertura 17 di uscita di aria calda dalla camera 7 di combustione da cui si origina il condotto 11 di uscita. As illustrated in figure 4, the heating device 6 comprises a tubular body 12 (for example cylindrical in shape and having a circular or elliptical cross-section) having a longitudinal axis 13; the body 12 tubular ? bounded at both ends? by two opposite base walls 14 and 15 and ? delimited laterally by a side wall 16 which connects the two base walls 14 and 15 to each other. The basic 14 wall ? centrally drilled to house the?injector 9 that ? mounted coaxially to the tubular body 12 (ie coaxially to the longitudinal axis 13); in other words, the fuel injector 9 ? mounted through the base wall 14 of the tubular body 12 to inject fuel into the combustion chamber 7. Similarly, the base wall 15 ? centrally perforated to engage with the outlet duct 11 which ends in the discharge duct 3; that is, the base wall 15 is an opening 17 for the outlet of hot air from the combustion chamber 7 from which the outlet duct 11 originates.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, attraverso il corpo 12 tubolare ? ricavata (almeno) una apertura 18 di ingresso che ? collegata al ventilatore 8 mediante un condotto 19 di ingresso (illustrato nella figura 1) per ricevere un flusso di aria che ? diretto nella camera 7 di combustione e si miscela con il carburante iniettato dall?iniettore 9 di carburante. As illustrated in figure 2, through the tubular body 12 ? obtained (at least) an entrance opening 18 which ? connected to the fan 8 by means of an inlet duct 19 (illustrated in figure 1) to receive an air flow which ? directed into the combustion chamber 7 and mixes with the fuel injected by the fuel injector 9.

Secondo una possibile (ma non vincolante) forma di attuazione illustrata nella figura 1, in corrispondenza della apertura 18 di ingresso ? disposta una valvola 20 di non ritorno che permette un flusso di aria solo verso la camera 7 di combustione (cio? in ingresso al corpo 12 tubolare). Preferibilmente, la valvola 20 di non ritorno ? passiva (cio? non comprende attuatori elettrici, idraulici o pneumatici che generano un movimento), ? comandata in pressione, e si apre solo quando una pressione a monte della valvola 20 di non ritorno ? superiore ad una pressione a valle della valvola 20 di non ritorno. La funzione della valvola 20 di non ritorno ? di impedire che quando il dispositivo 6 riscaldatore non ? utilizzato (quindi quando il ventilatore 8 ? spento) dei gas di scarico possano risalire fino ad uscire dalla apertura 18 di ingresso e quindi disperdersi nell?ambiente senza attraversare il dispositivo 5 di trattamento. In alternativa, la valvola 20 di non ritorno potrebbe essere montata lungo il condotto 11 di uscita, ad esempio in corrispondenza della apertura 17 di uscita; in questo caso, la valvola 20 di non ritorno permette un flusso di aria solo in uscita dalla camera 7 di combustione (in uscita dal corpo 12 tubolare) verso il condotto 3 di scarico, ovvero impedisce un flusso di gas di scarico dal condotto 3 di scarico verso la camera 7 di combustione (in ingresso al corpo 12 tubolare). According to a possible (but not binding) embodiment illustrated in figure 1, in correspondence with the inlet opening 18 ? a non-return valve 20 is arranged which allows a flow of air only towards the combustion chamber 7 (that is, at the entrance to the tubular body 12). Preferably, the non-return valve 20 is passive (that is, it does not include electric, hydraulic or pneumatic actuators that generate a movement), ? controlled under pressure, and opens only when a pressure upstream of the non-return valve 20 ? higher than a pressure downstream of the non-return valve 20. The function of the non-return valve 20 ? to prevent when the device 6 heater is not ? used (therefore when the fan 8 is off) of the exhaust gases can go back up until they come out of the inlet opening 18 and then disperse into the environment without passing through the treatment device 5. Alternatively, the non-return valve 20 could be mounted along the outlet duct 11, for example at the outlet opening 17; in this case, the non-return valve 20 allows a flow of air only out of the combustion chamber 7 (out of the tubular body 12) towards the exhaust duct 3, i.e. it prevents a flow of exhaust gas from the duct 3 from discharge towards the combustion chamber 7 (inlet to the tubular body 12).

Secondo quanto illustrato nella figura 2, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un canale 21 di alimentazione che riceve l?aria dalla apertura 18 di ingresso, circonda una porzione terminale dell?iniettore 9 di carburante, e termina con un ugello 22 disposto attorno ad un punto di iniettata dell?iniettore 9 di carburante (ovvero attorno ad un naso dell?iniettore 9 di carburante da cui fuoriesce il carburante). As illustrated in Figure 2, the heater device 6 comprises a supply channel 21 which receives air from the inlet opening 18, surrounds an end portion of the fuel injector 9, and terminates in a nozzle 22 disposed about a point of injection of the fuel injector 9 (or around a nose of the fuel injector 9 from which the fuel comes out).

La candela 10 ? montata attraverso la parete 16 laterale del corpo 12 tubolare per innescare la combustione di una miscela di aria e carburante che si genera per effetto della miscelazione dell?aria che entra nel corpo 12 tubolare dalla apertura 17 di ingresso e viene immessa nella camera 7 di combustione dall?ugello 22 del canale 21 di alimentazione e del carburante che viene iniettato nella camera 7 di combustione dall?iniettore 9 di carburante. In particolare, la parete 16 laterale del corpo 12 tubolare presenta un foro passante orientato radialmente (ovvero perpendicolarmente all?asse 13 longitudinale) al cui interno viene montata (avvitata) la candela 10 (che ovviamente ? orientata radialmente). Candle 10? mounted through the lateral wall 16 of the tubular body 12 to trigger the combustion of a mixture of air and fuel which is generated by the effect of the mixing of the air entering the tubular body 12 from the inlet opening 17 and is introduced into the combustion chamber 7 by the nozzle 22 of the fuel feed channel 21 which is injected into the combustion chamber 7 by the fuel injector 9. In particular, the lateral wall 16 of the tubular body 12 has a through hole oriented radially (ie perpendicular to the longitudinal axis 13) inside which the spark plug 10 (which is obviously oriented radially) is mounted (screwed).

Il dispositivo 6 riscaldatore comprende un miscelatore 23 statico (cio? privo di parti in movimento), il quale conformato a corona circolare, ? disposto lungo il canale 21 di alimentazione ed attorno all?iniettore 9 di carburante, ed ? configurato per generare delle turbolenze, in particolare un moto vorticoso, nell?aria che fluisce verso l?ugello 22. The heating device 6 comprises a static mixer 23 (that is, without moving parts), which is shaped like a circular crown, ? disposed along the supply channel 21 and around the fuel injector 9, and ? configured to generate turbulence, in particular a swirling motion, in the air flowing towards the nozzle 22.

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, a valle del miscelatore 23 statico il canale 21 di alimentazione presenta una riduzione progressiva dell?area della sezione trasversale in modo tale da determinare un aumento della velocit? dell?aria. In particolare, a valle del miscelatore 23 statico il canale 21 di alimentazione presenta una porzione iniziale avente l?area della sezione trasversale costante, una porzione intermedia avente l?area della sezione trasversale progressivamente decrescente, ed una porzione finale avente l?area della sezione trasversale costante fino all?ugello 22. According to a preferred, but non-binding, embodiment illustrated in the attached figures, downstream of the static mixer 23, the feed channel 21 presents a progressive reduction of the cross-sectional area so as to cause an increase in speed. of the air. In particular, downstream of the static mixer 23, the feed channel 21 has an initial portion having a constant cross-sectional area, an intermediate portion having a progressively decreasing cross-sectional area, and a final portion having the cross-sectional area constant transversal up to the nozzle 22.

Il canale 21 di alimentazione ? delimitato esternamente da un corpo 24 tubolare conico esterno ed ? delimitato internamente da un corpo 25 tubolare conico interno che circonda l?iniettore 9 di carburante e contiene al proprio interno l?iniettore 9 di carburante. Ovvero il canale 21 di alimentazione ? definito tra il corpo 25 tubolare conico interno ed il corpo 24 tubolare conico esterno. In particolare, i due corpi 24 e 25 tubolari conici alternano porzioni coniche (cio? presentanti una forma convergente che diminuisce progressivamente la propria dimensione) a porzioni cilindriche (cio? presentante una forma di dimensione costante). Channel 21 power supply ? externally delimited by an external conical tubular body 24 and ? internally delimited by an internal conical tubular body 25 which surrounds the fuel injector 9 and contains the fuel injector 9 internally. Or the power channel 21? defined between the internal conical tubular body 25 and the external conical tubular body 24 . In particular, the two conical tubular bodies 24 and 25 alternate conical portions (that is, having a converging shape which progressively decreases its size) with cylindrical portions (that is, having a shape of constant size).

Secondo una preferita forma di attuazione, l?aria entra nel canale 21 di alimentazione con un flusso orientato tangenzialmente in modo tale da presentare un andamento vorticoso (incrementato successivamente dall?azione del miscelatore 23 statico) che favorisce la miscelazione con il carburante iniettato dall?iniettore 9 di carburante; in questo caso, l?apertura 18 di ingresso pu? essere orientata tangenzialmente (come la parte finale del condotto 19 di ingresso che termina nella apertura 18 di ingresso) oppure tra l?apertura 18 di ingresso e la parte iniziale del canale 21 di alimentazione ? presente un collegamento che termina nel canale 21 di alimentazione con una orientazione tangenziale. In altre parole, l?immissione dell?aria comburente nella camera 7 di combustione attraverso un condotto diretto tangenzialmente alla camera 7 di combustione permette di imprimere un moto circolare al flusso dell?aria comburente (ulteriormente enfatizzato dalla presenza del miscelatore 23 statico) in modo tale da ottimizzare la miscelazione aria/combustibile all?interno della camera 7 di combustione. According to a preferred embodiment, the air enters the feed channel 21 with a tangentially oriented flow in such a way as to present a whirling pattern (subsequently increased by the action of the static mixer 23) which favors mixing with the fuel injected by the fuel. fuel injector 9; in this case, the input opening 18 can? be oriented tangentially (such as the final part of the inlet duct 19 which terminates in the inlet opening 18) or between the inlet opening 18 and the initial part of the supply channel 21? there is a connection terminating in the supply channel 21 with a tangential orientation. In other words, the introduction of the combustion air into the combustion chamber 7 through a duct directed tangentially to the combustion chamber 7 allows a circular motion to be imparted to the flow of the combustion air (further emphasized by the presence of the static mixer 23) in such a way such as to optimize the air/fuel mixing inside the combustion chamber 7.

Nella figura 3 sono evidenziati i percorsi dei flussi di aria che attraversano il corpo 12 tubolare dalla apertura 17 di ingresso alla apertura 17 di uscita; si vedono i flussi di aria che arrivano nel canale 21 di alimentazione dalla apertura 18 di ingresso e quindi attraversano il miscelatore 23 statico per fuoriuscire dall?ugello 22 che circonda il naso dell?iniettore 9 di carburante. Figure 3 shows the paths of the air flows which cross the tubular body 12 from the inlet opening 17 to the outlet opening 17; the air flows can be seen arriving in the supply channel 21 from the inlet opening 18 and then passing through the static mixer 23 to exit from the nozzle 22 which surrounds the nose of the fuel injector 9.

Nella possibile, ma non limitativa, forma di attuazione illustrata nella figura 4, il dispositivo 6 riscaldatore comprendente un circuito di raffreddamento, il quale ? provvisto di un canale 26 di raffreddamento che ? disposto all?esterno del corpo 12 tubolare, circonda la candela 10 girando attorno alla candela 10 stessa, ed ? atto a venire attraversato da un fluido refrigerante. La funzione del circuito di raffreddamento ? ovviamente di raffreddare la candela 10 per evitare che la candela 10 (che si trova nel cuore della camera 7 di combustione) possa surriscaldarsi. In the possible, but non-limiting, embodiment illustrated in figure 4, the heater device 6 comprises a cooling circuit, which is provided with a cooling channel 26 which ? arranged outside the tubular body 12, it surrounds the spark plug 10 by turning around the spark plug 10 itself, and capable of being traversed by a cooling fluid. The function of the cooling circuit? obviously to cool the spark plug 10 to prevent the spark plug 10 (located in the heart of the combustion chamber 7) from overheating.

L?iniettore 9 di carburante non richiedere invece un raffreddamento a liquido, in quanto non si trova nel cuore della camera 7 di combustione (in effetti il suo naso ? comunque ad una certa distanza dal fronte della fiamma) ed ? raffreddato sia dal carburante che fluisce al suo interno, sia dall?aria fresca che circola nel canale 21 di alimentazione attorno all?iniettore 9 di carburante stesso. The fuel injector 9, on the other hand, does not require liquid cooling, as it is not located in the heart of the combustion chamber 7 (in fact, its nose is in any case at a certain distance from the front of the flame) and ? cooled both by the fuel flowing through it and by the fresh air circulating in the supply channel 21 around the fuel injector 9 itself.

Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, il circuito di raffreddamento ? assente. According to a different embodiment not shown, the cooling circuit is absent.

Nelle varianti illustrate nelle figure 5-8, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un labirinto 27 che circonda la parete 16 laterale del corpo tubolare 12, inizia nella apertura 18 di ingresso, termina nel canale 21 di alimentazione, e deve venire obbligatoriamente percorso dall?aria che dalla apertura 18 di ingresso (ovvero dal ventilatore 8) arriva al canale 21 di alimentazione. In the variants illustrated in figures 5-8, the heating device 6 comprises a labyrinth 27 which surrounds the side wall 16 of the tubular body 12, starts in the inlet opening 18, ends in the feed channel 21, and must necessarily be crossed by the air which from the inlet opening 18 (ie from the fan 8) arrives at the supply channel 21.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 5 e 6, il labirinto 27 comprende un tratto 28 di andata che si sviluppa attorno a met? del condotto 12 tubolare (ovvero attorno a 180? del condotto 12 tubolare) e si estende dalla parete 14 di base alla parete 15 di base, ed un tratto 29 di ritorno che si sviluppa attorno all?altra met? del condotto 12 tubolare (ovvero attorno a 180? del condotto 12 tubolare in modo completamente rispetto al tratto 28 di andata) e si estende dalla parete 15 di base alla parete 14 di base; come illustrato nella figura 6 l?aria entra dalla apertura 18 di ingresso, percorre il tratto 28 di andata dalla parete 14 di base alla parete 15 di base, in corrispondenza della parete 15 di base passa dal tratto 28 di andata al tratto 29 di ritorno, percorre il tratto 29 di ritorno dalla parete 15 di base alla parete 14 di base, ed infine in corrispondenza della parete 15 di base passa dal tratto 29 di ritorno al canale 21 di alimentazione. In the embodiment illustrated in figures 5 and 6, the labyrinth 27 comprises a forward section 28 which extends around the middle of the labyrinth. of the tubular duct 12 (or around 180° of the tubular duct 12) and extends from the base wall 14 to the base wall 15, and a return section 29 which extends around the other half? of the tubular duct 12 (that is, around 180° of the tubular duct 12 completely with respect to the forward section 28) and extends from the base wall 15 to the base wall 14; as illustrated in figure 6, the air enters from the inlet opening 18, travels along the forward section 28 from the base wall 14 to the base wall 15, in correspondence with the base wall 15 it passes from the forward section 28 to the return section 29 , travels along the return section 29 from the base wall 15 to the base wall 14, and finally at the base wall 15 it passes from the return section 29 to the supply channel 21.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure 7 e 8, il labirinto 27 comprende il tratto 28 di andata che si sviluppa tutto attorno al condotto 12 tubolare e si estende dalla parete 14 di base alla parete 15 di base, ed un tratto 29 di ritorno che si sviluppa tutto attorno al condotto 12 tubolare ed all?interno del tratto 28 di andata e si estende dalla parete 15 di base alla parete 14 di base; come illustrato nella figura 8 l?aria entra dalla apertura 18 di ingresso, percorre il tratto 28 di andata dalla parete 14 di base alla parete 15 di base, in corrispondenza della parete 15 di base passa dal tratto 28 di andata al tratto 29 di ritorno, percorre il tratto 29 di ritorno dalla parete 15 di base alla parete 14 di base, ed infine in corrispondenza della parete 15 di base passa dal tratto 29 di ritorno al canale 21 di alimentazione. In the embodiment illustrated in Figures 7 and 8, the labyrinth 27 comprises the forward section 28 which develops all around the tubular duct 12 and extends from the base wall 14 to the base wall 15, and a return section 29 which it extends all around the tubular duct 12 and inside the forward section 28 and extends from the base wall 15 to the base wall 14; as illustrated in figure 8, the air enters from the inlet opening 18, travels along the forward section 28 from the base wall 14 to the base wall 15, in correspondence with the base wall 15 it passes from the forward section 28 to the return section 29 , travels along the return section 29 from the base wall 15 to the base wall 14, and finally at the base wall 15 it passes from the return section 29 to the supply channel 21.

In altre parole, nella forma di attuazione illustrata nelle figure 5 e 6 i due tratti 28 e 29 sono disposti uno di fianco all?altro mentre nella forma di attuazione illustrata nelle figure 7 e 8 i due tratti 28 e 29 sono disposti uno dentro l?altro. In other words, in the embodiment illustrated in figures 5 and 6 the two sections 28 and 29 are arranged side by side while in the embodiment illustrated in figures 7 and 8 the two sections 28 and 29 are arranged one inside the ?other.

La presenza del labirinto 27 tra l?apertura 18 di ingresso ed il canale 21 di alimentazione permette di ottenere due effetti positivi: un isolamento termico molto efficace della camera 7 di combustione che ? circondata (quindi isolata termicamente) dal labirinto 27 (quindi la temperatura della parete 16 laterale del corpo 12 tubolare risulta decisamente pi? bassa) ed un pre-riscaldamento dell?aria comburente che viene immessa nella camera 7 di combustione agevolando in questo modo l?innesco della combustione. In altre parole, l?aria comburente percorrendo il labirinto si riscalda assorbendo calore dalla camera 7 di combustione ottenendo nel contempo un (positivo) preriscaldamento dell?aria comburente ed un (positivo) isolamento termico della camera 7 di combustione dalla parete 16 laterale del corpo 12 tubolare. The presence of the labyrinth 27 between the inlet opening 18 and the supply channel 21 makes it possible to obtain two positive effects: a very effective thermal insulation of the combustion chamber 7 which? surrounded (therefore thermally insulated) by the labyrinth 27 (therefore the temperature of the lateral wall 16 of the tubular body 12 is decidedly lower) and a pre-heating of the combustion air which is introduced into the combustion chamber 7 thus facilitating the? combustion ignition. In other words, the combustion air traveling through the labyrinth heats up by absorbing heat from the combustion chamber 7 obtaining at the same time a (positive) preheating of the combustion air and a (positive) thermal insulation of the combustion chamber 7 from the side wall 16 of the body 12 tubular.

Secondo una possibile, ma non limitativa, forma di attuazione illustrata nella figura 1, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un canale 30 di bypass che collega il condotto 19 di ingresso a monte della apertura 18 di ingresso al condotto 11 di uscita a valle della apertura 17 di uscita; ovvero il canale 30 di bypass ? in grado di deviare parte dell?aria proveniente dal ventilatore 8 direttamente nel condotto 11 di uscita senza attraversare (ovvero bypassando) la camera 7 di combustione. Immettere dell?aria fresca direttamente a valle della camera 7 di combustione permette di aumentare la potenza termica complessiva generabile dal dispositivo 6 riscaldatore. Inoltre, immettere dell?aria fresca direttamente a valle della camera 7 di combustione diminuisce la temperatura dell?aria calda che viene immessa nel condotto 3 di scarico e quindi attraversa il dispositivo 5 di trattamento e quindi evita di surriscaldare eccessivamente il dispositivo 5 di trattamento. In altre parole, la presenza del canale 30 di bypass permette di aumentare la potenza termica generata dal dispositivo 6 riscaldatore e permette anche di controllare la temperatura dei gas combusti che fluiscono verso il condotto 3 di scarico (ovvero verso il dispositivo 5 di trattamento) per evitare che la temperatura dei gas combusti possa raggiungere livelli critici (troppo elevati) per il dispositivo 5 di trattamento. According to a possible, but non-limiting, embodiment illustrated in Figure 1, the heater device 6 comprises a bypass channel 30 which connects the inlet duct 19 upstream of the inlet opening 18 to the outlet duct 11 downstream of the opening 17 exit; or the bypass channel 30 ? able to divert part of the air coming from the fan 8 directly into the outlet duct 11 without passing through (ie bypassing) the combustion chamber 7. Injecting fresh air directly downstream of the combustion chamber 7 allows to increase the overall thermal power which can be generated by the heater device 6. Furthermore, introducing fresh air directly downstream of the combustion chamber 7 decreases the temperature of the hot air which is introduced into the exhaust duct 3 and therefore passes through the treatment device 5 and therefore avoids overheating the treatment device 5. In other words, the presence of the bypass channel 30 allows to increase the thermal power generated by the heater device 6 and also allows to control the temperature of the burnt gases which flow towards the exhaust duct 3 (or towards the treatment device 5) for prevent the temperature of the burnt gases from reaching critical levels (too high) for the treatment device 5.

Secondo una preferita forma di attuazione, il dispositivo 6 riscaldatore comprende una valvola 31 di bypass che ? disposta lungo il canale 30 di bypass per regolare un flusso di aria lungo il canale 30 di bypass stesso; ovvero la valvola 31 di bypass pu? venire completamente chiusa per impedire il flusso di aria lungo il canale 30 di bypass, pu? venire completamente aperta per massimizzare il flusso di aria lungo il canale 30 di bypass, oppure pu? venire parzializzata per regolare la portata del flusso di aria lungo il canale 30 di bypass. According to a preferred embodiment, the heater device 6 comprises a bypass valve 31 which ? disposed along the bypass channel 30 to regulate a flow of air along the bypass channel 30 itself; or the valve 31 of the bypass can? come completely closed to prevent the flow of air along the bypass channel 30, pu? come completely open to maximize the flow of air along the bypass channel 30, or can? be choked to regulate the flow rate of air along the bypass channel 30.

Secondo una preferita forma di attuazione, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un sensore 32 di temperatura che ? installato nel condotto 11 di uscita per misurare una temperatura dell?aria che fluisce nel condotto 11 di uscita stesso, ed una unit? 33 di controllo che ? configurata per pilotare la posizione della valvola 31 di bypass in funzione della temperatura dell?aria che fluisce nel condotto 11 di uscita stesso. Tipicamente, l?unit? 33 di controllo controlla tutto il funzionamento del dispositivo 6 riscaldatore, ovvero pilota il ventilatore 8, l?iniettore 9, la candela 10, e la valvola 31 di bypass in modo coordinato per raggiungere nel modo pi? efficiente ed efficace possibile l?obiettivo desiderato (ovvero riscaldare rapidamente il dispositivo 5 di trattamento senza danneggiare per eccesso di temperatura il dispositivo 5 di trattamento stesso). According to a preferred embodiment, the heater device 6 comprises a temperature sensor 32 which? installed in the outlet duct 11 to measure a temperature of the air flowing in the outlet duct 11 itself, and a unit? 33 control that ? configured to drive the position of the bypass valve 31 as a function of the temperature of the air flowing in the outlet duct 11 itself. Typically, the unit? 33 controls all the operation of the heater device 6, ie it drives the fan 8, the injector 9, the spark plug 10, and the bypass valve 31 in a coordinated way to reach in the most possible way? efficient and effective as possible the desired objective (that is to rapidly heat the treatment device 5 without damaging the treatment device 5 itself due to excess temperature).

Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione. The embodiments described here can be combined with each other without departing from the scope of protection of the present invention.

Il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto presenta numerosi vantaggi. The heater device 6 described above has numerous advantages.

In primo luogo, il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto permette di ottenere una combustione completa del carburante (ovvero senza immettere nel dispositivo 7 di trattamento del carburante incombusto) grazie ad una miscelazione ottimale tra l?aria comburente immessa dall?ugello 22 del canale 21 di alimentazione ed il carburante iniettato dall?iniettore 9 di carburante. In the first place, the heater device 6 described above makes it possible to obtain complete combustion of the fuel (i.e. without introducing unburned fuel into the treatment device 7) thanks to an optimal mixing between the combustion air introduced by the nozzle 22 of the supply and the fuel injected by the fuel injector 9.

Inoltre, il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto presenta una potenza termica elevata in rapporto alle sue dimensioni complessive; ovvero pur essendo relativamente piccolo il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto permette di generare una potenza termica elevata. Furthermore, the heater device 6 described above has a high thermal power in relation to its overall dimensions; that is, despite being relatively small, the heater device 6 described above allows for the generation of a high thermal power.

Infine, il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto ? di semplice ed economica realizzazione, in quanto ? composto di poche parti di forma non complessa e facili da unire con saldature e montaggi standard. Finally, the heater device 6 described above ? of simple and economic realization, in how much? composed of a few parts of non-complex shape and easy to join with standard welding and assembly.

ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE LIST OF FIGURE REFERENCE NUMBERS

1 sistema di scarico 1 exhaust system

2 motore a combustione interna 2 internal combustion engine

3 condotto di scarico 3 exhaust duct

4 silenziatore 4 muffler

5 dispositivo di trattamento 5 treatment device

6 dispositivo riscaldatore 6 heater device

7 camera di combustione 7 combustion chamber

8 ventilatore 8 fan

9 iniettore di carburante 9 fuel injector

10 candela 10 candle

11 condotto di uscita 11 outlet duct

12 corpo tubolare 12 tubular body

13 asse longitudinale 13 longitudinal axis

14 parete di base 14 base wall

15 parete di base 15 base wall

16 parete laterale 16 side wall

17 apertura di uscita 17 outlet opening

18 apertura di ingresso 18 entrance opening

19 condotto di ingresso 19 inlet duct

20 valvola di non ritorno 20 non-return valve

21 canale di alimentazione 21 power channel

22 ugello 22 nozzle

23 miscelatore statico 23 static mixer

24 corpo tubolare conico esterno 25 corpo tubolare conico interno 26 canale di raffreddamento 24 external conical tubular body 25 internal conical tubular body 26 cooling channel

27 labirinto 27 labyrinth

28 tratto di andata 28 first leg

29 tratto di ritorno 29 return section

30 canale di bypass 30 bypass channel

31 valvola di bypass 31 bypass valve

32 sensore di temperatura 32 temperature sensor

33 unit? di controllo 33 units? control

Claims

R E V E N D I C A T I O N S

1) Device (6) heater for an exhaust system (1) of an internal combustion engine (2); the heater device (6) includes:

a tubular body (12) inside which ? obtained a combustion chamber (7);

an injector (9) of fuel that ? mounted through a first base wall (14) of the tubular body (12) to inject fuel into the combustion chamber (7); at least one opening (18) of input that ? obtained through the tubular body (12) and ? connectable to a fan (8) to receive an air flow that ? directed into the combustion chamber (7) and mixes with the fuel;

a supply channel (21) which receives air from the inlet opening (18), surrounds an end portion of the fuel injector (9), and terminates in a nozzle (22) disposed around an injection point of the fuel injector (9). fuel injector (9); and

a candle (10) that ? mounted through a side wall (16) of the tubular body (12) to ignite the combustion of a fuel-air mixture;

the device (6) heater ? characterized in that it comprises a static mixer (23), which is shaped like a circular crown, ? disposed along the feed channel (21) and around the fuel injector (9), and ? configured to generate turbulence, in particular a whirling motion, in the air flowing towards the nozzle (22).

2) Heating device (6) according to claim 1, in which downstream of the static mixer (23) the feed channel (21) has a progressive reduction of the cross-sectional area.

3) Heating device (6) according to claim 2, wherein, downstream of the static mixer (23), the feed channel (21) has an initial portion having the cross-sectional area constant, an intermediate portion having the cross-sectional area progressively decreasing cross-section, and a final portion having constant cross-sectional area up to the nozzle (22).

4) Heating device (6) according to claim 1, 2 or 3, wherein the supply channel (21) is externally delimited by an external conical tubular body (24) and ? internally delimited by an internal conical tubular body (25) which surrounds the fuel injector (9) and contains the fuel injector (9) inside itself.

5) Heating device (6) according to one of claims 1 to 4, wherein the air enters the supply channel (21) with a tangentially oriented flow.

6) Heating device (6) according to one of claims 1 to 5 and comprising a labyrinth (27) which surrounds a side wall (16) of the tubular body (12), starts from the inlet opening (18), ends in the channel ( 21) of the supply, and must necessarily be traversed by the air which enters the inlet opening (18) into the supply channel (21).

7) Heating device (6) according to claim 6, wherein the labyrinth (27) comprises:

a forward section (28) which develops at least partially around the tubular duct (12) and extends from the first base wall (14) of the tubular duct (12) to a second base wall (15) of the duct (12) tubular; and

a return section (29) which extends at least partially around the tubular duct (12) and extends from the second base wall (15) of the tubular duct (12) to the first base wall (14) of the tubular duct (12) .

8) Heating device (6) according to one of claims 1 to 7 and comprising:

an input duct (19) which ? connectable to the fan (8) and ends in the inlet opening (18) to convey the flow of air directed into the combustion chamber (7);

an opening (17) for the outlet of hot air from the combustion chamber (7);

an outlet conduit (11) originating from the outlet opening (17);

a bypass channel (30) connecting the inlet conduit (19) upstream of the inlet opening (18) to the outlet conduit (11) downstream of the outlet opening (17); and

a bypass valve (31) that ? arranged along the bypass channel (30) to regulate a flow of air along the bypass channel (30) itself.

9) Heating device (6) according to claim 8 and comprising:

a sensor (32) of temperature that ? installed in the outlet duct (11) to measure a temperature of the air flowing in the outlet duct (11); and a unit? (33) control that ? configured to drive the bypass valve (31) according to the temperature of the air flowing in the outlet duct (11).

10) Heating device (6) according to one of claims 1 to 9 and comprising a non-return valve (20) which ? arranged at the inlet opening (18) and allows a flow of air only towards an exhaust duct (3) of the exhaust system (1).

11) Heating device (6) according to claim 10, wherein the non-return valve (20) is passive, ? controlled under pressure, and opens only when a pressure upstream of the non-return valve (20) ? higher than a pressure downstream of the non-return valve (20).

12) Heating device (6) according to claim 10 or 11, wherein the non-return valve (20) is arranged in correspondence with the inlet opening (18) to allow a flow of air only towards the combustion chamber (7) or the non-return valve (20) ? arranged in correspondence with an outlet opening (17) of the tubular body (12) to allow a flow of air only out of the combustion chamber (7).

13) Heating device (6) according to one of claims 1 to 12 and comprising a cooling circuit, which? provided with a cooling channel (26) which ? arranged outside the tubular body (12), it surrounds the spark plug (10) by turning around the spark plug (10) itself, and ? capable of being traversed by a cooling fluid.

14) Exhaust system (1) of an internal combustion engine (2); the exhaust system (1) includes:

an exhaust duct (3) which originates from an exhaust manifold of the internal combustion engine (2) and ends with a silencer (4) from which the exhaust gases are released into the atmosphere;

an exhaust gas treatment device (5) arranged along the exhaust duct (3); and

a device (6) heater, which ? connected to the discharge duct (3) upstream of the treatment device (5), ? capable of generating, by burning fuel, a flow of hot air, and ? made according to one of claims 1 to 13.