IT201600099492A1

IT201600099492A1 - Unita' di aspirazione dell'urea

Info

Publication number: IT201600099492A1
Application number: IT102016000099492A
Authority: IT
Inventors: Massimo Giachino; Fabrizio Ciccarelli
Original assignee: Errecinque S R L
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-04
Also published as: EP3523520A1; WO2018065912A1; EP3523520B1

Description

“UNITÁ DI ASPIRAZIONE DELL'UREA”

La presente invenzione è relativa ad un’unità di aspirazione dell’urea, in particolare ad un’unità di aspirazione dell’urea per un veicolo industriale.

Per ridurre le emissioni di inquinanti dei motori diesel è noto utilizzare una tecnica di abbattimento delle emissioni nota come “riduzione selettiva catalitica” o SCR. Tale tecnica si basa sull’iniezione nel flusso di gas combusti di una soluzione a base di urea che, tramite una reazione chimica, trasforma gli ossidi di azoto in azoto e acqua in forma elementare gassosa, abbattendo drasticamente il livello di inquinanti dei motori diesel. Tale soluzione di urea, normalmente nota con il nome di ADBLUE ®, è normalmente contenuta in un serbatoio dedicato del veicolo.

La soluzione di urea viene convogliata nel flusso dei gas di scarico per mezzo di un circuito di distribuzione e, al fine di controllare la temperatura della soluzione di urea, viene mantenuta ad un livello controllato di temperatura per mezzo di un circuito di condizionamento.

A tali scopi vengono utilizzate unità di aspirazione dell’urea parzialmente inserite nei serbatoi di contenimento dell’urea e configurate essenzialmente per permettere il prelievo ed il condizionamento dell’urea contenuta nel serbatoio stesso, in particolare per evitarne il congelamento.

In particolare, il circuito di condizionamento comprende usualmente un’elettrovalvola che permette il passaggio di un fluido di condizionamento del circuito di condizionamento all’interno dell’unità di aspirazione dell’urea ed è comandata dalla centralina del veicolo in conseguenza delle informazioni provenienti da un sensore di temperatura posto nel serbatoio della soluzione di urea.

Usualmente tale elettrovalvola è installata sul telaio del veicolo per mezzo di una staffa ed è collegata alla centralina del veicolo per mezzo di un cablaggio dedicato. Inoltre, il collegamento fluidico tra l’elettrovalvola ed il circuito di condizionamento è assicurato da tubazioni di collegamento specifiche.

A causa però della presenza della staffa, del cablaggio dedicato e delle tubazioni di collegamento, tale configurazione del circuito di condizionamento risulta ingombrante e costosa.

E’ dunque sentita l’esigenza di realizzare circuiti di condizionamento dell’urea poco ingombranti ed economici.

Scopo della presente invenzione è risolvere il problema tecnico sopra descritto.

Il suddetto scopo è raggiunto da un’unità di aspirazione dell’urea secondo la rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 è una vista prospettica di un’unità di aspirazione dell’urea secondo la presente invenzione;

- la figura 2 è una vista prospettica ingrandita di una porzione superiore dell’unita di figura 1;

- la figura 3 è uno schema illustrante un circuito di condizionamento dell’urea comprendente una prima forma di realizzazione di un’unità di aspirazione dell’urea secondo la presente invenzione; e - la figura 4 è uno schema illustrante un circuito di condizionamento dell’urea comprendente una seconda forma di realizzazione di un’unità di aspirazione dell’urea secondo la presente invenzione

In figura 1 è rappresentata un’unità di aspirazione dell’urea 1 comprendente essenzialmente una testata 2 configurata per essere inserita in un’apertura di forma complementare di un serbatoio dell’urea (non illustrato) in un veicolo ed una tubazione di scambio termico 3, facente parte di un circuito di condizionamento 100 dell’urea, estendentesi assialmente al di sotto della testata 2.

La testata 2 è di forma sostanzialmente circolare e comprende essenzialmente un disco 4 su cui sono ricavate una prima luce 5 ed una seconda luce 6 passanti il disco 4 stesso. Le luci 5 e 6 sono configurate per essere connesse, al di sotto del disco 4, con la tubazione di scambio termico 3 e, al di sopra del disco 4, con il circuito di condizionamento 100 della soluzione di urea come descritto in dettaglio nel seguito.

La tubazione di scambio termico 3 comprende essenzialmente una coppia di tratti verticali 11, 12 ed una serpentina 13. Preferibilmente il primo tratto verticale 11 è collegato alla prima luce 5 ed il secondo tratto verticale 12 è collegato alla seconda luce 6, mentre la serpentina 13 è connessa, alle sue estremità, rispettivamente al primo tratto 11 ed al secondo tratto 12 e si estende assialmente allontanandosi dalla testata 2.

Sul disco 4 sono inoltre ricavate due ulteriori luci, una terza luce 15 ed una quarta luce 16, entrambe configurate per essere collegate, al di sopra della testata 2, con rispettivi condotti di alimentazione e di prelievo di un circuito di distribuzione dell’urea(non rappresentati). La quarta luce 16 è inoltre configurata per essere collegata, al di sotto della testata 2, con un condotto di aspirazione 17 della soluzione di urea contenuta nel serbatoio del veicolo.

Preferibilmente il condotto 17 si estende assialmente dalla testata 2 all’interno di un volume 19 sostanzialmente cilindrico delimitato dalle spire della serpentina 13. Ancor più preferibilmente il condotto 17 è alloggiato entro una guaina 20 in materiale polimerico che lo avvolge assieme al tratto verticale 12 della tubazione di scambio termico 3.

Nel volume 19 è inoltre alloggiato, in una posizione inferiore e sostanzialmente terminale dell’unità 1, uno smorzatore 21 di forma sostanzialmente cilindrica configurato per assolvere a svariate funzioni. In primo luogo lo smorzatore 21 funge da smorzatore dinamico per l’intera unità di aspirazione dell’urea 1; in secondo luogo funge da filtro per il condotto di aspirazione 17; infine funge da supporto per mezzi sensori.

I mezzi sensori possono comprendere, ad esempio, un sensore di temperatura, un sensore di concentrazione od un sensore di livello 18 della soluzione di urea. Nella forma di realizzazione illustrata il sensore di temperatura ed il sensore di concentrazione non sono rappresentati e sono preferibilmente portati sul fondo dello smorzatore 21.

Il sensore di livello 18 è di tipo noto e comprende sostanzialmente una tubazione estendentesi assialmente dallo smorzatore 21 alla testata 2.

L’unità di aspirazione 1 comprende inoltre un’unità di interfaccia elettrica 23 alloggiata sulla testata 2 e comprendente essenzialmente un’unità elettrica 24 sulla quale convogliano i segnali provenienti dai mezzi sensori ed un connettore 25 configurato per connettere l’unità elettrica 24 ad una centralina (non rappresentata) del veicolo. L’unità di interfaccia elettrica 23 è inoltre elettricamente collegata ad un’elettrovalvola 27, fissata sul disco 4 in prossimità della luce 6.

In una possibile forma di realizzazione alternativa, l’unità elettrica 24 comprende mezzi elettronici configurati per elaborare direttamente i segnali provenienti dai mezzi sensori e comandare l’elettrovalvola 27, non passando dunque dalla centralina del veicolo.

In una prima forma di realizzazione l’elettrovalvola 27 è preferibilmente a due vie, due posizioni ed è configurata per permettere selettivamente il transito del fluido di condizionamento all’interno della tubazione di scambio termico 3 attraverso la luce 6.

In una seconda forma di realizzazione, l’elettrovalvola 27 è preferibilmente a tre vie, due posizioni ed è configurata per permettere selettivamente il transito del fluido di condizionamento all’interno della tubazione di scambio termico 3 attraverso la luce 6 o in una tubazione di bypass del circuito di condizionamento 100 come descritto nel seguito.

Nelle figura 3 e 4 è illustrato, in modo schematico, il circuito di condizionamento 100 per la soluzione di urea comprendente un’unità di aspirazione 1 dell’urea come descritta in precedenza.

La luce 5 dell’unità di aspirazione 1 è collegata per mezzo di una tubazione 102 ad un ingresso 103’ di un modulo di pompaggio 103. Il modulo di pompaggio 103 è configurato per permettere il ricircolo del fluido di condizionamento all’interno del circuito di condizionamento 100.

Un’uscita 103’’ del modulo di pompaggio 103 è collegata per mezzo di una tubazione 104 ad un ingresso 105’ di un modulo di dosaggio 105.

Il modulo di dosaggio 105 è fluidicamente collegato alla luce 16, tramite tubazioni dedicate e non rappresentate, ed è configurato per iniettare la soluzione di urea nel circuito dei gas di scarico.

Un’uscita 105’’ del modulo di dosaggio 105 è collegato per mezzo di una tubazione 106 ad un ingresso 107’ di un motore a combustione interna E. Preferibilmente l’ingresso 107’ è l’ingresso di un circuito di raffreddamento del motore a combustione interna E.

Un’uscita 107’’ del motore a combustione interna E è collegata per mezzo di una tubazione 108 alla luce 5 dell’unità di aspirazione dell’urea 1. Sulla tubazione 108, a monte della luce 6 seguendo il flusso del fluido di condizionamento, è posta l’elettrovalvola 27 portata dall’unità di aspirazione dell’urea 1, la quale permette selettivamente l’ingresso del fluido di condizionamento nella tubazione di scambio termico 3 dell’unità 1 attraverso la luce 6.

Nella prima forma di realizzazione (figura 3), in cui l’unità di aspirazione 1 comprende un’elettrovalvola a due vie, due posizioni, il circuito di condizionamento 100 comprende ulteriormente una tubazione di bypass 109 collegante tra loro le tubazioni 108 e 104, rispettivamente a monte dell’elettrovalvola 27 ed a valle del modulo di dosaggio 105.

La tubazione di bypass 109 è collegata alle tubazioni 108 e 104 per mezzo di rispettivi raccordi 111 del tipo semplici a tre vie e risulta necessaria per ripartire il flusso del fluido di condizionamento quando l’elettrovalvola 27 non permette il passaggio del fluido nella tubazione di scambio termico 3.

Nella seconda forma di realizzazione (figura 4) in cui l’elettrovalvola 27 è del tipo a tre vie, due posizioni, la tubazione di bypass 109 è direttamente collegata all’elettrovalvola 27 che è configurata per permettere selettivamente il passaggio del fluido nella tubazione di scambio termico 3 e direttamente nella tubazione di bypass 109. E’ quindi presente un solo raccordo 111 semplice a tre vie collegante la tubazione 109 di bypass alla tubazione 104.

Il funzionamento dell’unità di aspirazione 1 è il seguente.

Preferibilmente il fluido di condizionamento per la soluzione di urea è il fluido di raffreddamento di un motore a combustione interna E.

I segnali provenienti dai mezzi sensori vengono inviati alla centralina del veicolo la quale, una volta elaborati detti segnali, invia un conseguente comando all’elettrovalvola 27. Nella forma di realizzazione alternativa in cui l’unità elettrica 24 comprenda dei mezzi elettronici, i segnali vengono elaborati direttamente dall’unità elettrica 24.

In una prima condizione di funzionamento l’elettrovalvola 27 permette il flusso di una parte del fluido di condizionamento proveniente dal motore a combustione interna E nella tubazione di scambio termico 3. In questo modo il fluido di condizionamento riscalda la soluzione di urea contenuta nel serbatoio durante il suo percorso nella tubazione di scambio termico tra la luce 6 e la luce 5.

Dal modulo di pompaggio 103 il fluido di condizionamento scorre verso il modulo di dosaggio 105, il quale, essendo posto sul condotto dei gas di scarico, è ad alta temperatura. Il fluido di condizionamento, dopo essersi raffreddato durante il riscaldamento della soluzione di urea, raffredda il modulo di dosaggio 105, riscaldandosi a sua volta.

Dal modulo di dosaggio 105 il fluido scorre all’interno del motore di combustione interna E scambiando calore con esso e riscaldandosi ulteriormente. Dal motore a combustione interna E il fluido riscaldato può ricominciare un altro ciclo di condizionamento della soluzione di urea come precedentemente descritto.

Contemporaneamente a quanto sopra descritto, un’altra parte del fluido di condizionamento fluisce nella tubazione di bypass 109 tra la tubazione 108 verso il modulo di dosaggio 105.

In una seconda condizione di funzionamento l’elettrovalvola 27 non permette il passaggio del fluido di condizionamento nella tubazione di scambio termico 3 e dunque il fluido circola tra le tubazioni 106, 108 e la tubazione di bypass 109 scambiando calore solamente con il modulo di dosaggio 105 ed il motore a combustione interna E.

Nella seconda forma di realizzazione, l’elettrovalvola 27, essendo del tipo a tre vie, due posizioni, permette l’immissione del fluido di condizionamento direttamente nella tubazione 109 o nella tubazione di scambio termico 3 senza necessitare di un ulteriore raccordo 111 a monte dell’elettrovalvola 27 stessa come nella prima forma di realizzazione. Il funzionamento del circuito di condizionamento 100 è altrimenti analogo a quanto descritto per la prima forma di realizzazione.

Da quanto precede sono evidenti i vantaggi di un’unità di aspirazione dell’urea 1 secondo l’invenzione e da un circuito di condizionamento 100 dell’urea comprendente tale unità.

L’unità di aspirazione dell’urea 1, possedendo l’elettrovalvola 27 integrata in essa, permette di realizzare un circuito di condizionamento 100 che presenta minori ingombri e necessita di minori tubazioni e cablaggi per l’unità di aspirazione di urea stessa.

Il circuito di condizionamento 100 è dunque economico, di ingombro ridotto e di più semplice realizzazione.

Risulta infine chiaro che all’unità di aspirazione dell’urea 1 qui descritta ed illustrata possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall’ambito di tutela definito dalle rivendicazioni.

Ad esempio l’unità di aspirazione dell’urea 1 potrebbe contenere ulteriori sensori o non contenere alcuni dei sensori descritti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Unità di aspirazione (1) di una soluzione di urea in un veicolo, comprendente una porzione superiore (2) configurata per essere inserita in un’apertura di un serbatoio per detta soluzione di urea, detta porzione superiore (2) definendo una prima ed una seconda luce (5, 6) atte ad essere collegate ad tubo di ingresso (11) e ad un tubo di uscita (12) facenti parte di un circuito di condizionamento (100), detta unità di aspirazione (1) comprendendo inoltre: - una tubazione di scambio termico (3) collegata alla prima ed alla seconda luce (5, 6) ed atta ad essere almeno parzialmente immersa in detta soluzione di urea, - mezzi sensori atti a rilevare una temperatura di detta soluzione di urea, ed - un’unità di interfaccia elettrica (23) collegata a detti mezzi sensori e configurata per scambiare segnali elettrici con un’unità elettronica esterna, caratterizzata dal fatto che detta unità di aspirazione (1) comprende un’elettrovalvola (27) portata dalla detta porzione superiore (2) e collegata alla detta unità di interfaccia (23) e configurata per controllare il flusso di detto fluido di condizionamento in detto circuito di condizionamento (100). 2.- Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto fluido di condizionamento è un fluido di raffreddamento del motore di detto veicolo. 3. Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detta elettrovalvola (27) è a due vie, due posizioni. 4. Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzata dal fatto che detta elettrovalvola (27) è a tre vie, due posizioni. 5.- Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzata dal fatto che una tubazione di scambio termico (3) comprende una serpentina (13). 6. Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzata dal fatto che detti mezzi sensori sono atti a rilevare la concentrazione di detta soluzione di urea. 7. Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzata dal fatto che detti mezzi sensori sono atti a rilevare il livello di detta soluzione in detto serbatoio. 8.- Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, caratterizzata dal fatto di comprendere un condotto di alimentazione (18) e un condotto di prelievo (17) di detta soluzione di urea realizzati passanti nella detta porzione superiore (2). 9.- Unità di aspirazione (1) dell’urea secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzata dal fatto che detta unità di interfaccia elettrica (23) comprende un’unità elettrica (24) comprendente mezzi elettronici atti ad elaborare direttamente i segnali provenienti da detti mezzi sensori ed a comandare detta elettrovalvola (27).