IT201800002727A1 - Sistema di abbattimento di inquinanti di un motore a combustione interna e motore a combustione interna comprendente il sistema di abbattimento - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “SISTEMA DI ABBATTIMENTO DI INQUINANTI DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA E MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA COMPRENDENTE IL SISTEMA DI ABBATTIMENTO”

Campo di applicazione dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce al campo dei cosiddetti dispositivi di post-trattamento dei gas esausti di un motore a combustione interna.

Stato della tecnica

Le normative relative alle emissioni nocive di veicoli terrestri diventano sempre più restrittive e pertanto diviene imperativo individuare singoli dispositivi od insiemi di dispositivi interconnessi in modo da ridurre le emissioni di inquinanti.

Dispositivi quali

DPF = filtro anti-particolato,

NSC = trappola di NOx, esso converte gli NO in NO2 e li immagazzina fino a quando non è necessario ridurre gli NO2 dapprima in NO e poi in N2 mediante un processo cosiddetto rigenerativo che deve essere condotto in ambiente privo di ossigeno e ricco di HC,

DOC = catalizzatore ossidante diesel,

SCR = catalizzatore selettivo che sfrutta la presenza di ammoniaca per abbattere gli NOx contenuti nei gas esausti, CUC = abbattitore di ammoniaca, esso è generalmente impiegato come ultimo componente dell’ATS allo scopo di evitare di liberare ammoniaca nell’ambiente, la quale contribuirebbe ad incrementare il conteggio degli inquinanti immessi nell’ambiente.

Sono ben noti al tecnico del ramo e le rispettive sigle sono acronimi di altrettanto note espressioni anglosassoni.

Essi sono generalmente impiegati nei motori a ciclo diesel. Un problema degli NSC è che non sono in grado di operare al di sopra dei 350°C. Per tale ragione, soprattutto nelle applicazioni ad alta potenza specifica, essi sono sempre stati scartati in favore degli SCR.

Un altro dei problemi fondamentali degli NSC è quello che gli NO2 vengono rilasciati impulsivamente, cioè a rateo fortemente irregolare ed in modo difficile da prevedere. E’ necessario fornire un quantitativo di HC commisurato agli NO2 rilasciati con la corretta tempistica. Per fornire tali HC, generalmente, vengono realizzate delle post-iniezioni di combustibile nei cilindri, vale a dire delle iniezioni di combustibile nelle fasi di scarico. Alternativamente può essere implementato un dosatore di combustibile alloggiato sulla linea di scarico del motore, immediatamente a monte dello stesso NSC.

E’ evidente che è necessario un modello previsionale per gestire l’iniezione di combustibile per fornire i corretti HC e soprattutto nel momento opportuno. Una errata previsione del momento di rilascio di tali NO2 provoca di liberare nell’ambiente HC ed NO2 che non hanno evidentemente reagito tra loro, neutralizzandosi. Ciò comportando un aumento della liberazione di inquinanti.

In questo ambito la gestione termica dell’NSC all’interno dell’ATS è fondamentale in quanto al sua finestra di temperature di funzionamento ottimale è tra 200 e 350°C.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di migliorare le prestazioni in termini di abbattimento di agenti inquinanti mediante un dispositivo di trattamento di gas esausti destinato ad essere collegato a valle di un motore a combustione interna per trattarne i relativi gas esausti ed una relativa strategia di funzionamento.

L’idea di base della presente invenzione è quello di implementare una prima porzione di ATS comprendente una trappola NSC con un relativo dosatore di combustibile dell’NSC e di disporre a monte di detta prima porzione di ATS un raffreddatore bypassabile.

Detto raffreddatore può essere a gas, includendovi aria fresca, oppure può essere a liquido, per esempio sfruttando la medesima acqua di raffreddamento del motore a combustione interna.

Ciò vantaggiosamente consente di limitare la temperatura dell’NSC consentendo di estenderne il funzionamento.

Secondo una variante preferita dell’invenzione l’uscita dell’NSC è collegata con l’ingresso del motore a combustione interna, in modo da reindirizzare tutti i prodotti di rigenerazione al motore a combustione interna, durante la rigenerazione dell’NSC. Pertanto, il motore a combustione interna funge da dispositivo di abbattimento dei prodotti di rigenerazione dell’NSC.

Dunque, durante la rigenerazione dell’NSC tutto il flusso di gas esausto circolato attraverso l’NSC è ricircolato all’aspirazione del motore a combustione interna, quindi non si rischia di liberare i prodotti di rigenerazione nell’ambiente.

Tali prodotti di rigenerazione comprendono tra gli altri: H2, CO, HC, NH3 ed i suddetti NO2, che come descritto sopra sono rilasciati impulsivamente.

Un vantaggio è che l’extra consumo di combustibile iniettato attraverso il dosatore dell’NSC oppure attraverso postiniezioni può essere quasi completamente compensato con una diminuzione di combustibile iniettato nei cilindri del motore a combustione interna per l’alimentazione dello stesso motore a combustione interna. Pertanto, il bilancio del consumo di combustibile resta invariato o variato di poco.

Un altro vantaggio fondamentale è il fatto che non è necessario disporre di un modello previsionale preciso relativamente al picco di rilascio degli NO2, in quanto un eccesso di NO2 e/o un eccesso di HC è integralmente reindirizzato all’aspirazione del motore a combustione interna.

Almeno durante la rigenerazione il suddetto raffreddatore è bypassato per garantire una temperatura ottimale all’NSC per il rilascio degli NO2 adsorbiti precedentemente.

Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione, il motore a combustione interna è dotato di un sistema EGR (Exhaust Gas Recirculation) di alta pressione per ricircolare gas esausto allo scopo di ridurre i NOx generati dal motore a combustione interna.

Il sistema EGR è spesso dotato di un proprio raffreddatore e di un eventuale relativo condotto di bypass per bypassare il raffreddatore quando il motore è freddo.

Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione, tale raffreddatore dell’EGR è sfruttato per raffreddare gas esausto prodotto dal motore a combustione interna e indirizzato all’ATS senza attraversare il motore a combustione interna. In altre parole, il raffreddatore dell’EGR è sfruttato per limitare la temperatura di una porzione dei gas esausti che sono indirizzati all’ATS senza attraversare nuovamente il motore a combustione interna. Durante la rigenerazione dell’NSC una porzione dei gas esausti prodotti dal motore a combustione interna è direzionata verso l’ambiente esterno mediante un condotto di bypass di detta prima porzione di ATS oppure mediante una ulteriore prima porzione di ATS comprendente un NSC disposto strutturalmente in parallelo rispetto all’altra prima porzione di ATS. Si prevedono pertanto un primo ed un secondo NSC che rigenerano alternativamente. Il fatto che essi rigenerino alternativamente non vuol dire che essi non possano lavorare in parallelo riducendo le perdite di carico complessive offerte dall’ATS al collettore di scarico del motore a combustione interna quando essi operano normalmente.

Vantaggiosamente, la presenza di un condotto di bypass oppure di un’altra prima porzione in parallelo consente di parzializzare il flusso che attraversa l’NSC in condizione di rigenerazione, riducendo l’ammontare di combustibile da iniettarvi.

Quando è implementato un solo NSC abbinato ad un condotto di bypass, immediatamente a valle dell’NSC, è disposto un condotto di ricircolazione atto a collegare l’uscita dell’NSC con la linea di aspirazione del motore a combustione interna durante la rigenerazione dell’NSC.

In altre parole, il condotto di bypass si collega alla linea di scarico in un primo punto, immediatamente a monte della prima porzione di trattamento, ed un secondo punto, a valle della prima porzione di trattamento. Tra detta prima porzione di trattamento e detto secondo punto è connesso il condotto di ricircolazione verso il collettore di aspirazione del motore a combustione interna. Tra detto secondo e detto terzo punto, cioè tra l’ingresso del condotto di ricircolazione e l’uscita del condotto di bypass è disposta una valvola atta ad isolare l’NSC dall’ambiente esterno oppure contestualmente ad abilitare il passaggio del gas esausto attraverso il condotto di bypass.

Tale valvola è preferibilmente una valvola a tre vie di tipo ON/OFF che seleziona il passaggio del gas esausto attraverso la prima porzione di ATS oppure attraverso il relativo condotto di bypass.

Pertanto, in condizioni di rigenerazione, una prima porzione di gas esausto è ricircolata verso il motore a combustione interna attraverso l’NSC, mentre una seconda porzione è indirizzata verso l’ambiente esterno senza attraversare detto NSC, attraverso detto condotto di bypass.

Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione, due prime porzioni di ATS, ciascuna comprendente un NSC, sono disposte strutturalmente in parallelo tra loro, ciascuna di esse ha un proprio condotto di ricircolazione atto a collegare una propria uscita con la linea di aspirazione del motore a combustione interna ed una propria valvola disposta a valle di tale condotto di ricircolazione in modo da isolare il relativo NSC dall’ambiente esterno durante una relativa rigenerazione. Anche in questo caso, l’intera porzione di gas esausti che attraversa un NSC in rigenerazione è integralmente ricircolata all’ingresso del motore a combustione interna.

Quando sono implementati due prime porzioni di ATS con le relative valvole è evidente che esse non possono mai essere contestualmente chiuse.

Nel caso di motore a ciclo diesel, l’utilizzo dell’SCR e dunque l’iniezione di agente riducente a base di urea è limitato a quelle rare circostanze in cui la temperatura del gas esausto è tale da non poter essere limitata alla temperatura limite (circa 350°C) dell’NSC oltre la quale esso non è più in grado di immagazzinare NO2.

Durante la fase di rigenerazione, il raffreddatore disposto a monte della prima porzione di ATS è bypassata in modo da riscaldare rapidamente l’NSC riducendo i tempi di rigenerazione.

Se esso è realizzato con uno scambiatore di calore alimentato dall’acqua di raffreddamento del motore a combustione interna, a motore freddo, conviene non bypassare il raffreddatore perché esso contribuisce a recuperare calore che determina un rapido riscaldamento di tale acqua e conseguentemente del motore a combustione interna.

Le norme attuali prevedono che l’efficienza dell’ATS è valutata dopo un predeterminato lasso di tempo dall’avviamento del motore a combustione interna.

In tale lasso di tempo il bypass può essere attivato fintanto che l’ATS non raggiunge un livello minimo di efficienza e poi può essere disattivato per favorire il riscaldamento del motore a combustione interna.

Ciononostante, tale raffreddatore può essere ad aria, cioè sfruttare l’aria ambiente per raffreddare il gas esausto oppure può sfruttare lo stesso gas esausto dopo che ha percorso un rilevante tratto della linea di scarico a valle della prima porzione di ATS. Quando il raffreddatore è ad aria, tipo aria/gas o gas/gas, conviene bypassare il raffreddatore dall’avviamento del motore fintanto che non si raggiunge la suddetta temperatura minima di 200°C all’ATS. Preferibilmente, quando è presente un dosatore di combustibile disposto a monte del/degli NSC, tale dosatore è atto ad introdurre combustibile nebulizzato immediatamente a monte della prima porzione di ATS.

Secondo una prima condizione operativa, di funzionamento normale, della prima porzione di ATS, il dosatore è chiuso e la valvola a valle dell’NSC è disposta in modo da indirizzare il gas esausto che ha attraversato l’NSC verso l’ambiente esterno, chiudendo il condotto di bypass.

Secondo una seconda condizione operativa, di rigenerazione, il dosatore è operativo e la valvola a valle del relativo NSC è disposta in modo da isolare il relativo NSC dall’ambiente esterno e nel caso di abbinamento di un condotto di bypass, rendendo contemporaneamente operativo il condotto di by-pass.

E’ evidente che detto dosatore di combustibile è completamente indipendente dagli iniettori di cui è dotato il relativo motore a combustione.

Vantaggiosamente, solo una frazione dei gas esausti attraversa l’NSC durante una relativa rigenerazione. Tale frazione di gas esausti rappresenta un mezzo vettore per trasportare il combustibile iniettato dal dosatore o mediante post-iniezioni per ottenere la rigenerazione dell’NSC.

Il combustibile dosato deve dapprima eliminare l’ossigeno residuo presente nella stessa frazione di gas esausti e successivamente contribuire all’abbattimento degli NO2 liberati dall’NSC. Dal momento che solo una frazione di gas esausto è adoperato come mezzo vettore, la quantità di combustibile dosato è sensibilmente ridotta perché proporzionalmente ridotto è l’ossigeno residuo in essa contenuto.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, la prima porzione di ATS è fatta in modo che immediatamente a valle dell’NSC ed a monte della relativa valvola, è disposto un SCR passivo. Secondo tale variante preferita dell’invenzione, un processo di rigenerazione è prolungato in modo da favorire la formazione massiva di NH3 che può essere accumulato dalla matrice dell’SCR passivo e sfruttato per catalizzare almeno una porzione degli NOx che lo attraversano. Come sopra, i restanti prodotti di rigenerazione sono ricircolati nel motore a combustione interna, per il tramite di detto condotto di ricircolazione, che completa il processo di rigenerazione eliminandoli nel motore a combustione interna.

Vantaggiosamente, l’alta temperatura raggiunta nella prima porzione dell’ATS, durante la condizione di rigenerazione, favorisce la produzione delle suddette specie CO, HC, H2 ed NH3, che rappresentano quello che generalmente viene chiamato “reforming” del combustibile, ma operato, secondo la presente invenzione, mediante l’NSC, pertanto l’NSC opera come reformer del combustibile. Come è noto, il reforming del combustibile abbatte sensibilmente la produzione di NOx dallo stesso motore a combustione interna pertanto, la frazione di gas esausto che eventualmente è liberata verso l’ambiente esterno mediante il condotto di by-pass è sostanzialmente povera di NOx. Ciò implica che in alcune circostanze si può liberare tale limitata quantità di NOx nell’ambiente senza ulteriori specifici trattamenti.

E’ noto che la calibrazione dei motori, vale a dire le mappe di iniezione di combustibile ed il relativo anticipo, può essere opportunamente variata.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, in occasione delle procedure di rigenerazione la calibrazione del motore è variata tenendo conto del combustibile introdotto nella linea di scarico attraverso detto dosatore o attraverso dette post-iniezioni e del relativo reforming complessivo ottenuto all’interno dell’NSC ed in modo da minimizzare la produzione di NOx.

Tale calibrazione può non solo variare la quantità di combustibile inietta nei cilindri per alimentare il motore a combustione interna, ma anche il relativo timing di iniezione ed eventualmente il timing di accensione quando il motore è ad accensione comandata.

Vale la pena evidenziare che la prima porzione dell’ATS può comprendere sia un NSC che un DPF disposto a monte dell’NSC. Secondo una strategia preferita di controllo dell’ATS, prima di avviare la rigenerazione dell’NSC e dunque prima di commutare la suddetta valvola a valle dell’NSC, il relativo dosatore è controllato per ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione dell’ATS leggermente maggiore di 1, vale a dire 1.01 e 1.2. Questo favorisce l’aumento di temperatura e quindi la rigenerazione del DPF, in quanto ossigeno residuo è necessario alla combustione del particolato accumulato nel DPF. Dopo questa fase, ha inizio la rigenerazione dell’NSC, in cui si commuta la valvola a valle della prima porzione di trattamento, abilitando il condotto di bypass, il relativo dosatore è controllato per ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione dell’ATS leggermente minore di 1, vale a dire tra 0.8 e 0.99. Questo favorisce il desorbimento di NO2 immagazzinato dell’NSC e la sua riduzione diretta con idrocarburi come agente riducente. Al termine della rigenerazione, la valvola è ri-commutata disabilitando il condotto di bypass.

Il fatto di eseguire le due rigenerazioni in successione dà il vantaggio di innalzare gradualmente la temperatura della prima porzione dell’ATS.

Preferibilmente, la matrice del DPF è rivestita con un trattamento ossidante, per esempio a base platino. Durante il funzionamento normale dell’ATS, il rivestimento ossidante favorisce l’ossidazione degli NO ad NO2 contenuti nei gas esausti prodotti dal motore a combustione interna. Questo aumento di NO2 favorisce la rigenerazione naturale dello stesso DPF. La rigenerazione naturale è anche chiamata “rigenerazione passiva” perché operata a bassa temperatura senza un innalzamento artificiale della temperatura dell’ATS mediante strategie quali post-iniezioni di combustibile, oppure il dosaggio di combustibile direttamente nella linea di scarico oppure mediante l’attivazione di appositi riscaldatori. Questo rappresenta uno dei vantaggi di disporre il DPF a monte dell’NSC.

Secondo una ulteriore variante preferita dell’invenzione, la prima porzione di ATS comprende un cosiddetto pSCRoF (passive SCR on Filter) vale a dire un componente unico capace di agire sia come filtro anti-particolato che come SCR passivo, disposto a valle dell’NSC. Evidentemente, non è presente un DPF a monte dell’SCR. In tal caso, si rinuncia alla rigenerazione naturale dello SCRof, in quanto il gas esausto che lo raggiunge è privo di NO2 e pertanto il particolato viene integralmente immagazzinato. E’ dunque necessario prevedere la rigenerazione attiva dello pSCRoF per esempio prolungando una delle rigenerazioni dell’NSC, secondo la strategia inversa a quella descritta sopra, vale a dire prima si commuta la valvola a valle della prima porzione di trattamento abilitando il condotto di bypass, poi si porta il lambda ad un valore leggermente minore di 1 per rigenerare l’NSC e poi leggermente maggiore ad 1 e prolungato fintanto che il filtro dello SCRoF è completamente rigenerato. La valvola può essere ri-commutata immediatamente nella seconda condizione operativa dopo aver incrementato il lambda o al termine della rigenerazione del DPF.

Secondo una qualunque delle varianti sopra descritte, preferibilmente, il condotto di ricircolazione verso il motore è dotato di una valvola di regolazione della frazione di gas esausto ricircolato. Durante la rigenerazione dell’NSC, tale valvola regola la frazione di gas esausto che attraversa la prima porzione dell’ATS in modo funzionale alla rigenerazione dell’NSC, mentre in condizioni normali, può regolare la ricircolazione di gas esausto in funzione di un desiderato target di NOx prodotti dal motore a combustione interna, operando come un dispositivo EGR noto.

Pertanto, mentre la valvola a valle dell’NSC può essere del tipo ON/OFF, la valvola sul condotto di ricircolazione è una valvola regolatrice di flusso.

In particolare, durante la rigenerazione, la valvola regolatrice di flusso permette di regolare la portata del flusso di gas esausto che attraversa l’NSC ottenendo un valore target di space-velocity. In particolare, è configurata per mantenere costante detta portata compensando una variazione del punto di funzionamento del motore.

Secondo implementazioni preferite della presente invenzione, detta prima porzione dell’ATS può essere disposta a monte o a valle della turbina del gruppo turbocompressore del motore a combustione interna, pertanto, il condotto di ricircolazione è collegato rispettivamente a valle o a monte del compressore del gruppo turbo-compressore, definendo rispettivamente un condotto EGR di alta o bassa pressione. Ciononostante, può essere previsto un dispositivo EGR di alta o bassa pressione addizionale dotato di una propria valvola “ulteriore” di regolazione che viene controllata in modo complementare con la valvola di regolazione del condotto di ricircolazione descritto attraverso tutte le precedente varianti dell’invenzione per raggiungere un predeterminato target di EGR, indipendentemente dalle condizioni operative dell’ATS.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, sia nel caso di implementazione di un singolo NSC, sia nel caso di implementazione di due NSC disposti strutturalmente in parallelo tra loro, a valle di detta(e) valvola(e) è disposta una seconda porzione di ATS che può comprendere un DOC e/o un SCR eventualmente dotato di relativo CUC se il motore a combustione interna è a ciclo diesel oppure un three-way catalyst se il motore a combustione interna è ciclo Otto. Alternativamente, si può prevedere un SCR attivo, cioè dotato di un proprio dosatore di urea, alloggiato in detta seconda porzione di ATS e funzionante prevalentemente durante la fase di rigenerazione dell’NSC quando questo è abbinato ad un condotto di bypass, cioè un condotto non dotato di dispositivi di trattamento di gas esausti.

E’ oggetto della presente invenzione un sistema di abbattimento (ATS) di inquinanti di un motore a combustione interna conformemente alla rivendicazione 1.

Forma pure oggetto della presente invenzione un motore a combustione interna comprendente il suddetto sistema di abbattimento di inquinanti.

Le rivendicazioni mostrano varianti preferite della presente invenzione, formando porzione integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 è mostrato uno schema di un motore a combustione interna comprendente il sistema di abbattimento di inquinanti secondo una variante preferita della presente invenzione;

nelle figure 1a, 1b ed 1c sono mostrate differenti condizioni operative;

nella figure 2a – 2e sono mostrate varianti del sistema di figura 1;

nella figura 3 è mostrata una ulteriore variante preferita dello schema di figura 1 che si combina con una qualunque delle varianti mostrate nelle figure 1 – 2; nella figura 4 è mostrata una variante preferita di una porzione dello schema delle figure precedenti.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Nell’ambito della presente descrizione il termine “secondo” componente non implica la presenza di un “primo” componente. Tali termini sono infatti adoperati soltanto per chiarezza e non vanno intesi in modo limitativo.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

La presente invenzione si riferisce ad un motore a combustione interna E comprendente uno o più cilindri 1 – 4 con relativi iniettori adatti ad iniettare combustibile in un relativo cilindro in fase di compressione e/o aspirazione. Generalmente, nei motori Diesel il combustibile è iniettato in fase di compressione, mentre nei motori ad accensione comandata, il combustibile è iniettato in fase di aspirazione ed eventualmente anche nella seguente fase di compressione. Il motore comprende una linea di aspirazione IP attraverso cui aria fresca è aspirata dall’ambiente esterno ed una linea di scarico EP attraverso cui i gas esausti sono rilasciati nell’ambiente esterno.

Sulla linea di scarico è disposto un dispositivo di trattamento di gas esausto ATS che comprende almeno una porzione di trattamento ATS1 avente almeno un dispositivo di trattamento di gas esausto di tipo NSC. Un NSC, come detto sopra è in grado di adsorbire NOx, in particolare, esso converte gli NO in NO2 e li immagazzina fino a quando non è necessario ridurre gli NO2 dapprima in NO e poi in N2 mediante un processo cosiddetto rigenerativo che deve essere condotto in ambiente privo di ossigeno e ricco di HC. Inoltre, la temperatura deve superare una predeterminata soglia di circa 250°C.

In presenza di ossigeno l’NSC è in grado di convertire ed immagazzinare NO2 fino ad almeno 350°C in relazione alle caratteristiche costruttive dello stesso dispositivo NSC. Per poter condurre la suddetta rigenerazione si deve prevedere che gli iniettori del motore E siano in grado di effettuare post iniezioni nei relativi cilindri cioè iniezioni di combustibile nella fase di scarico della miscela combusta nella linea di scarico. In alternativa si può prevedere di disporre un iniettore di carburante J1 sulla linea di scarico preferibilmente immediatamente a monte della prima porzione di trattamento ATS1.

Come vedremo in seguito, entrambe le tecniche possono essere implementate contemporaneamente ma per ulteriori scopi, poiché è ovvio che le post iniezioni interessano tutto il flusso di gas esausti, mentre l’iniettore è posizionato in modo da iniettare combustibile solo nella porzione di flusso attraversante l’ATS1 (o ATS1’).

Secondo la presente invenzione, a monte della prima porzione di trattamento ATS1 (e ATS1’) e più precisamente a monte del primo punto P3 è disposto un raffreddatore GC bypassabile. Esso infatti comprende un bypass BP1 collegato in un punto P1 immediatamente a monte del raffreddatore GC ed un punto P2 immediatamente a valle del raffreddatore GC.

Nel punto P1 o P2 è disposta una valvola a tre vie FP2 atta a controllare il flusso di gas esausto per indirizzarlo attraverso il raffreddatore o attraverso il relativo bypass BP1. Tale valvola può essere ON/OFF ma può anche essere del tipo regolabile, consentendo di separare il flusso di gas esausto in una prima porzione che attraversa il raffreddatore ed una seconda porzione che attraversa il bypass BP1.

Il raffreddatore consente di mantenere la temperatura del gas esausto al di sotto dei 350°C consentendo la piena operatività dell’NSC in tutte le condizioni operative del motore a combustione interna E.

Secondo una variante preferita della presente invenzione si prevede di parzializzare il gas esausto che attraversa l’ATS1 ed in particolare il relativo NSC in modo che una prima porzione lo attraversa ed una seconda porzione è condotta direttamente verso l’ambiente esterno. E’ evidente che la somma della prima porzione e della seconda porzione corrisponde all’intero flusso di gas esausto prodotto dal motore E.

Ciò, secondo una variante preferita dell’invenzione, è realizzata mediante un condotto di bypass BP2 ed una valvola a tre vie FP1 a valle della prima porzione ATS1 atta selettivamente a collegare con l’ambiente esterno il bypass BP2 oppure la prima porzione di ATS così come mostrato in figura 1.

Relativamente al funzionamento della valvola FP1, la figura 1a e 1c mostrano condizioni di funzionamento “normale” della prima porzione di ATS, cioè in cui esso è attraversato da tutto il gas esausto per immagazzinare NO2.

Nella figura 1a il raffreddatore GC è operativo, mentre in figura 1c il raffreddatore GC è bypassato.

Nella figura 1b, invece, l’NSC è in rigenerazione e pertanto la valvola FP1 attiva il bypass BP2 e contestualmente la valvola FP2 attiva il bypass BP1 evitando il raffreddamento del gas esausto.

La figura 3 si differenzia dalla figura 1 per il fatto che sul condotto di bypass BP2 è disposto un secondo primo dispositivo di trattamento ATS1’ identico ad ATS1.

Pertanto, si individuano due rami paralleli ciascuno dotato di una prima porzione di trattamento di gas esausto, ciascuna dotata di un NSC.

In tal caso vengono adottate due valvole a due vie FP1 ed FP’ disposte a valle di ciascuna rispettiva prima porzione di trattamento ATS1, ATS1’ per consentire di collegare con l’ambiente esterno la relativa prima porzione. Preferibilmente, sia la valvola a tre vie FP1 che le due valvole a due vie FP1, FP1’ sono del tipo ON/OFF nel senso che non sono in grado di assumere posizioni intermedie. Allora, l’implementazione di due valvole a due vie consente di poter operare contemporaneamente sia ATS1 che ATS1’.

Quando la valvola FP1 o FP1’ è in posizione tale da disconnettere la relativa prima porzione di trattamento dall’ambiente esterno, allora la prima porzione di gas esausto che attraversa la relativa prima porzione di trattamento è ricircolata integralmente a monte del motore E. In altre parole un terzo punto P4, P4’ immediatamente a valle della prima porzione di trattamento ATS1 (e ATS1’) è collegato direttamente con la linea di aspirazione IP.

Per consentire alla seconda frazione di gas esausto di non passare per l’ATS1, detto condotto di bypass BP2 è disposto sulla linea di scarico e collega un primo punto P3, a monte della prima porzione di trattamento ATS1, con un secondo punto P5, a valle di detta prima porzione di trattamento ATS, mentre il condotto di circolazione EGRP collega un terzo punto P4 ( e P4’), disposto tra la prima porzione di trattamento e tale secondo punto P5.

La valvola FP1, FP1’ dunque forza la prima porzione di gas esausto che attraversa la relativa prima porzione di trattamento a ricircolare integralmente verso l’ingresso del motore E per ricircolare i prodotti di rigenerazione.

Quando il bypass è attivo, evidentemente l’NSC dell’ATS1 è in rigenerazione, pertanto sono attive dette post-iniezioni o detto iniettore J1 (o J1’).

Viceversa, quando il bypass è disattivo, cioè in condizioni “normali” di funzionamento dell’ATS1, il condotto di ricircolazione funziona come qualsiasi dispositivo EGR e la frazione di EGR può essere fissa e data dal rapporto delle sezioni dei condotti o, alternativamente e preferibilmente, una valvola di regolazione EGRV (ed EGRV’) è disposta sul condotto di ricircolazione EGRP in modo da regolare il flusso di EGR ricircolato durante il funzionamento “normale” e da regolare la portata della prima frazione di gas esausto e dunque della seconda frazione di gas esausto che si dividono tra l’ATS1 ed il condotto di bypass BP.

Preferibilmente un cooler EGRC (ed EGRC’) è disposto sul condotto di ricircolazione.

La valvola EGRV in condizioni di rigenerazione è preferibilmente azionata in funzione del processo rigenerativo dell’NSC piuttosto che sulla riduzione degli NOx prodotti dal motore E. Questi infatti possono essere ridotti anche intervenendo su altri parametri di funzionamento del motore quale

- i tempi di iniezione,

- se il motore è ad accensione comandata, sull’anticipo di accensione;

- se il motore è dotato di alzata valvole regolabile sugli incroci delle valvole di aspirazione e scarico, per esempio realizzando EGR interno.

Il raffreddatore GC se è raffreddato dall’acqua di raffreddamento del motore a combustione interna, consente anche un rapido riscaldamento della stessa in condizioni di avviamento a freddo, migliorando rapidamente l’efficienza del motore a combustione interna.

Può essere vantaggioso bypassare il raffreddatore quando risulta necessario rigenerare l’NSC della prima porzione di trattamento, quando le condizioni operative del motore e del relativo veicolo sono tali da non offrire una temperatura ottimale di rigenerazione dell’NSC che sono tra 250°C e 350°C circa.

Quando il veicolo è adoperato rilevantemente in ciclo extraurbano è più facile che le temperature del gas esausto salgano rapidamente.

Secondo una variante preferita dell’invenzione il motore a combustione interna è dotato di circuito di ricircolazione di gas esausto di alta pressione. Esso si definisce di alta pressione perché mediante un condotto EGRPH spilla il gas esausto in un punto PH immediatamente a valle dei collettori di scarico e lo ricircola in un punto PIN immediatamente a monte dei collettori di aspirazione del motore a combustione interna E.

Sul condotto EGRPH è solitamente disposto un raffreddatore EGRCH dei gas esausti ricircolati ed una valvola di regolazione EGRVH. Talvolta anche il raffreddatore EGRCH è dotato di un relativo condotto di bypass BP3 con una relativa valvola a tre vie V1 che può essere disposta sia a monte che a valle del raffreddatore per attivare selettivamente questo ultimo od il relativo condotto di bypass.

Inoltre una valvola di regolazione EGRVH è disposta sul condotto EGRPH a valle del raffreddatore EGRCH e del relativo condotto di bypass BP3.

Secondo la presente invenzione, tale valvola V1 è disposta a monte del raffreddatore EGRCH e del relativo bypass BP3. Inoltre, il condotto di bypass BP3 è collegato mediante un ulteriore collegamento pneumatico BP4 alla linea di scarico EP in un punto PL a valle del punto PL descritto sopra.

“A monte” o “a valle” sono riferiti al verso di circolazione dei gas.

Su tale ulteriore collegamento pneumatico BP4 è disposta una valvola regolatrice V2 ed una valvola di non ritorno (Check Valve) CKV2, inoltre un’altra valvola di non ritorno CKV1 è disposta immediatamente a valle del raffreddatore EGRCH, nel ramo bypassato dal condotto di bypass BP3.

Secondo una condizione operativa, vedi figura 1c, le valvole V1 e V2 portano in chiusura rispettivamente il condotto di bypass BP3 e l’ulteriore collegamento pneumatico BP4. Pertanto, il circuito si comporta (si comporta non implica che è) come un circuito EGR dell’arte nota con la portata di gas ricircolata controllata dalla valvola di regolazione EGRVH.

Secondo una un’altra condizione operativa, vedi figure 1a ed 1b, la valvola V1 chiude il condotto di bypass BP3 mentre la valvola V2 apre l’ulteriore collegamento pneumatico BP4. Dal momento che il gas esausto non è un flusso continuo ma pulsato, esso entra nel circuito di ricircolazione al punto PH, attraversa il raffreddatore EGRCH e poi si divide in una prima porzione ed una seconda porzione in relazione alle condizioni di apertura della valvola EGRVH. La prima porzione di gas esausto entra nella linea di aspirazione del motore al punto PIN mentre la restante porzione attraversa parte del condotto di bypass BP3 e poi sfocia nella linea di scarico al punto PL attraverso l’ulteriore collegamento pneumatico BP4.

Le valvole di non ritorno descritte sopra consentono di sfruttare le caratteristiche impulsive del gas esausto permettendone la circolazione nel circuito EGR tra i punti PH e PL disposti sulla linea di scarico anche quando questi punti presentano una medesima pressione media.

La configurazione di figura 1a può essere implementata a motore freddo, in cui l’eventuale ricircolazione di gas esausto non raffreddato è dosato dalla valvola regolatrice EGRVH.

Nella figura 1b, il gas esausto è ricircolato primariamente attraverso il condotto di ricircolazione EGRP dell’ATS. L’eventuale gas ricircolato mediante il condotto EGRPH non è raffreddato ed è dosato tenendo conto del contributo della ricircolazione realizzata mediante il condotto di ricircolazione EGRP.

La figura 1c rappresenta invece una condizione di funzionamento “normale” a motore caldo, pertanto, l’EGR eventualmente ricircolato e/o inviato all’ATS è raffreddato. Come si vede in figura 1, il motore a combustione interna E può comprendere un gruppo turbocompressore comprendente una turbina T sulla linea di scarico che guida in rotazione un compressore C sulla linea di aspirazione.

Con riferimento alla figura 1, quando il motore a combustione interna comprende un gruppo turbocompressore il condotto EGRP (ed EGRP’) sono connessi alla linea di aspirazione a monte del compressore C. Pertanto tali condotti definiscono condotti di rigenerazione di bassa pressione.

Eventualmente, un raffreddatore IC è disposto sulla linea di aspirazione tra il compressore C ed il collettore di aspirazione del motore E.

La prima porzione di trattamento ATS1, ATS1’ è disposta a valle della turbina T del gruppo turbocompressore ed il punto PH è disposto a monte della turbina T, mentre il punto PL può essere disposto sia a tra il punto PH e la turbina, sia immediatamente a valle della turbina.

In questo secondo caso una opportuna strozzatura può essere disposta lungo l’ulteriore collegamento pneumatico BP4 allo scopo di evitare che la prima porzione di gas esausto ricircolata verso il punto PIN sia nulla o, in altre parole, che tutto il gas spillato da PH arrivi a PL senza possibilità di dosarlo opportunamente.

Tale strozzatura può essere evitata se la valvola V2 è regolabile piuttosto che di tipo ON/OFF.

Secondo tale variante preferita dell’invenzione il circuito di ricircolazione del gas esausto EGR è adattato per contribuire al raffreddamento dei gas esausti che giungono all’NSC contenuto nella prima porzione di trattamento ATS1, ATS1’.

E’ evidente che il gruppo turbocompressore può essere presente anche in assenza di tale adattamento del circuito EGR, dove per “adattamento” si intende l’insieme di

- condotto BP4,

- valvole di non ritorno CKV1 e CKV2,

- valvola regolatrice V2.

La presenza di tale adattamento del circuito EGR consente di estendere ulteriormente il campo di funzionamento dell’NSC mantenendo i gas esausti al di sotto dei suddetti 350°C circa in tutte le condizioni di funzionamento del motore a combustione interna.

Evidentemente l’attivazione del circuito EGR per contribuire al raffreddamento dei gas esausti che giungono alla prima porzione di trattamento (seconda condizione operativa) è realizzata dopo aver sfruttato le potenzialità del raffreddatore GC. Vale a dire che quando questo non è più sufficiente a mantenere la temperatura dell’NSC al di sotto di 350°C allora le suddette valvole V1 e V2 sono operate secondo detta seconda condizione operativa.

Secondo una variante preferita dell’invenzione, vedi figure 2a e 2b, detta prima porzione ATS1 (ed ATS1’) comprende anche un DPF disposto a monte o a valle dell’NSC. Ad esempio in figura 2a, il DPF è disposto a monte dell’NSC, mentre in figura 2b il DPF è disposto a valle dell’NSC.

“A monte” o “a valle” vanno intesi in relazione alla circolazione di gas esausto se si fa riferimento all’ATS oppure alla circolazione di aria fresca che poi diventa gas esausto se si fa riferimento al motore E.

La disposizione del DPF a monte dell’NSC dà alcuni vantaggi. Preferibilmente, la matrice del DPF è rivestita con un trattamento ossidante, preferibilmente base platino. Durante il funzionamento normale dell’ATS, il rivestimento a base platino favorisce l’ossidazione degli NO ad NO2 contenuti nei gas esausti prodotti dal motore a combustione interna.

Questo aumento di NO2 favorisce la rigenerazione naturale dello stesso DPF. La rigenerazione naturale è anche chiamata “rigenerazione passiva” perché operata a bassa temperatura senza un innalzamento artificiale della temperatura dell’ATS mediante strategie quali post-iniezioni di combustibile, oppure il dosaggio di combustibile direttamente nella linea di scarico oppure mediante l’attivazione di appositi riscaldatori. Questo rappresenta uno dei vantaggi di disporre il DPF a monte dell’NSC.

Secondo una strategia preferita di controllo dell’iniettore J1 (o J1’) di carburante nella linea di scarico si effettuano i seguenti passi:

- regolazione del dosaggio di combustibile in modo da ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione di trattamento leggermente maggiore di 1, vale a dire tra 1.01 e 1.2,

- commutazione di detta valvola (FP1, FP1’) in modo da causare detta ricircolazione di gas attraversante detta prima porzione di trattamento, in altre parole di consentire alla suddetta seconda frazione di gas esausto di bypassare l’ATS1,

- regolazione del dosaggio di combustibile mediante detto dosatore J1 in modo da ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione di trattamento leggermente minore di 1, vale a dire tra 0.8 e 0.99.

Questo fatto consente una preventiva rigenerazione del DPF che ha bisogno di ossigeno per bruciare il particolato immagazzinato e nel frattempo viene elevata la temperatura nell’ATS1 in modo graduale.

Successivamente si passa a rigenerare l’NSC con l’iniezione di combustibile in modo da azzerare la presenza di ossigeno e con il posizionamento della valvola FP1 o FP1’ in modo da interrompere la connessione tra l’uscita della prima porzione di ATS con l’ambiente esterno.

Secondo una variante preferita dell’invenzione che può combinarsi con le precedenti descritte, detta prima porzione di trattamento ATS1 comprende un SCR passivo pSCR disposto immediatamente a valle di detto NSC, preferibilmente nello stesso canning dell’NSC e pertanto a monte di detto terzo punto P4, P4’.

Tale SCR può funzionare autonomamente, vale a dire senza la dedicata iniezione di un agente riducente a base di urea, in quanto l’ammoniaca da immagazzinare in esso rappresenta uno dei prodotti di rigenerazione dell’NSC disposto a monte dell’SCR passivo.

Si possono prevedere ulteriori combinazioni in cui per esempio l’ATS1 comprende un DPF-NSC-pSCR in successione secondo il flusso di gas esausto come mostrato in figura 2d. Alternativamente si può implementare un NSC seguito da uno SCRoF, vale a dire un SCR che ha potere di filtrazione per il particolato carbonioso. A tale proposito si osservi la figura 2c.

Inoltre si può prevedere una configurazione NSC-DPF-pSCR come mostrato in figura 2e separando le caratteristiche del pSCRoF della figura 2c.

Evidentemente, in questo caso la trappola per il particolato si trova a valle dell’NSC pertanto non è possibile sfruttare una rigenerazione naturale della parte filtrante dell’SCRoF in assenza di NO2.

La figura 3 mostra un’altra versione preferita dell’invenzione, in cui la prima porzione ATS1 comprende in successione un NSC-DPF-SCR oppure un NSC-SCRoF e tra l’NSC ed i restanti componenti DPF-SCR oppure SCRoF è disposto un iniettore di agente riducente a base di urea J2. In tal modo risulta possibile dosare tale agente per abbattere eventuali NOx che non fossero convertiti ed intrappolati dall’NSC quando il motore E lavora ad alto carico per un tempo prolungato e non risulta possibile contenere la temperatura dell’NSC entro i suddetti 350°C. Infatti, la presenza di tale dosatore J2 consente di abbattere gli NOx prevalentemente attraverso l’SCR/SCRoF ma solo in particolari, non usuali condizioni, quando l’NSC è in crisi. Vantaggiosamente, la ricarica del serbatoio di agente riducente a base di urea può essere limitata alla stessa ciclicità del cambio di olio del motore a combustione interna E.

Quando un SCR o pSCR è disposto a valle dell’NSC nell’ATS1 può essere vantaggioso rigenerare l’NSC poco prima dello spegnimento del motore E, quando ciò è prevedibile. Questo fatto consente di ottenere che l’NH3 prodotto dalla rigenerazione sia accumulato nell’SCR o pSCR e mantenuto fino al prossimo riavvio del motore. In caso di riavvio a freddo, il precedente accumulo di NH3 nell’SCR coopera con la capacità dell’NSC di convertire ed intrappolare NOx prodotti dal motore E.

A valle dell’ATS1 e precisamente a valle del punto P5, può essere presente una seconda porzione di trattamento denominata ATS2. Ciò non è obbligatorio, in quanto le rigenerazioni possono essere così rapide e poco frequenti da non compromettere il computo complessivo di inquinanti rilasciati nell’ambiente, anche quando la prima porzione di trattamento è associata ad un relativo condotto di bypass BP2.

Tale seconda porzione di trattamento ATS2 può comprende un SCR attivo avente un relativo dosatore J2 di additivo a base di urea, disposto a monte dell’SCR. Tale dosatore può essere disposto tra l’ATS1 e l’ATS2 o addirittura a monte dell’ATS1, ovviamente a valle del motore E.

La seconda porzione ATS2 è implementata quando risulta maggiormente prevedibile che la temperatura del gas esausto ecceda a lungo i 350°C oppure quando si prevede lunghi tempi di rigenerazione dell’ATS1 che è abbinato ad un relativo condotto di bypass BP2 piuttosto che ad una seconda prima porzione ATS1’ in parallelo alla prima ATS1.

Tale dosatore J2 di un additivo a base di urea può essere configurato per dosare detto additivo quando detta prima FP1 valvola è in detta seconda condizione operativa in modo da alimentare l’SCR dell’ATS2, quando l’ATS1 è bypassato, ma può anche essere configurato per dosare tale additivo quando la prima valvola è nella prima condizione operativa fintanto che una temperatura dell’NSC è inferiore ad una predeterminata soglia di temperatura per esempio di 200°C. In tali condizioni, infatti alcuni NSC si comportano come un SCR convertendo gli NOx senza immagazzinare l’NO2. Ciò evidentemente dipende dal tipo di NSC implementato.

Tale comportamento è legato alla presenza del platino nell’NSC, composto che presenta, a basse temperature, una selettività reattiva verso l’NH3 e i NOx comportandosi di fatto come un SCR. Tale selettività viene meno a temperature superiori ai 250 °C. Pertanto, l’intervallo di temperatura ottimale per il funzionamento dell’NSC ai fini della conversione dell’NO in NO2 ed immagazzinamento dell’NO2 è compreso tra circa 200°C e 350°C.

Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione, l’ATS2 consiste in un DOC, cioè un solo dispositivo di abbattimento, per convertire almeno gli HC che attraversassero il condotto di bypass diretti verso l’ambiente esterno durante la rigenerazione dell’ATS1.

Secondo una implementazione preferita di tale variante con DOC come ATS2, quando l’ATS è complessivamente freddo, all’avviamento del motore, allora la prima valvola FP è mantenuta aperta in detta prima condizione operativa in modo da garantire un rapido riscaldamento del DOC, sfruttando il fatto che le normative vigenti non conteggiano gli inquinanti liberati nell’ambiente nelle prime fasi di avviamento del motore.

Le varianti sopra descritte sono particolarmente indicate per i motori Diesel.

Nel caso di motore ad accensione comandata e pertanto adattato per essere alimentato a benzina o a gas naturale oppure gas di petrolio liquefatto (GPL), si può prevedere un ATS2 comprendente un three-way catalist (catalizzatore trivalente in italiano), ben noto al tecnico del ramo. Preferibilmente, si può prevedere di installare un filtro di particolato, generalmente chiamato GPF (Gasoline Particulate Filter), nella prima porzione ATS1 a valle dell’NSC.

La figura 3 mostra, come anticipato sopra una ulteriore variante preferita dell’invenzione, in cui anche il condotto di bypass è equipaggiato degli stessi componenti di abbattimento della prima porzione di trattamento ATS1.

Pertanto si indica con ATS1’ una replica parallela della prima porzione ATS1.

Evidentemente, in tale configurazione simmetrica, ciascun ramo definisce un condotto di bypass per l’altro ramo.

Ciascuna prima porzione di trattamento ATS1/ATS1’ comprende un relativo condotto di ricircolazione EGRP/EGRP’ collegato con la linea di aspirazione del motore a combustione interna ed una relativa prima valvola FB1/FB1’ per causare selettivamente una ricircolazione oppure un indirizzamento verso l’ambiente esterno di gas esausto attraversante la relativa prima porzione di trattamento, che come detto sopra rappresenta un condotto di bypass per l’altra.

I condotti di ricircolazione possono essere più o meno integrati. Ad esempio, in figura 3 i due condotti di ricircolazione EGRP, EGRP’ di gas esausto hanno separati ed indipendenti raffreddatori EGRC/EGRC’ e delle valvole di non ritorno CV/CV’ disposte tra i raffreddatori EGRC/EGRC’ ed il punto P6 in cui i due condotti si uniscono per collegarsi alla linea di aspirazione IP. A valle di tale punto è presente la valvola EGRV di regolazione della portata di gas esausto attraversante la prima porzione ATS1/ATS1’ durante la relativa rigenerazione. Anche la valvola di regolazione può essere replicata su ciascun condotto di ricircolazione EGRP.

Alternativamente, le valvole di non ritorno CV/CV’ possono essere spostate a monte dei raffreddatori EGRC/EGRC’ e questi ultimi possono fondersi in un unico raffreddatore.

Preferibilmente, secondo questa variante preferita dell’invenzione basata su due prime porzioni di trattamento ATS1/ATS1’ in parallelo tra loro, sono disposti due dosatori di combustibile sulla linea di scarico immediatamente a valle del primo punto in cui la linea di scarico di biforca, cosicché il combustibile iniettato da un dosatore J1, J1’ non influenza il funzionamento dell’altro ramo.

Anche in questo caso si possono implementare le post iniezioni come detto sopra.

Infatti indipendentemente dalla implementazione di ATS1+condotto di bypass oppure doppia prima porzione di trattamento ATS1/ATS1’, le post iniezioni possono essere comunque implementate per riscaldare l’ATS1/ATS1’ nelle prime fasi di avviamento del motore. Successivamente, le post-iniezioni vengono interrotte e le rigenerazioni vengono effettuate con i dosatori J1, J1’ disposti sulla linea di scarico.

Secondo una strategia preferita di funzionamento dell’ATS, dette prime valvole FB1, FB1’ sono in detta condizione di ricircolazione solo alternatamente e sono contemporaneamente in detta seconda condizione operativa quando il motore a combustione interna eroga una coppia maggiore di una predefinita soglia di coppia, per esempio 40 – 50% della coppia nominale. Cosicché agli alti carici è possibile sfruttare l’intera capacità dell’ATS abbassando le perdite di carico complessive dell’ATS ma al tempo stesso si sfruttano le capacità termiche e di accumulo di entrambi i rami contenenti ATS1 ed ATS1’.

Secondo una implementazione preferita dell’invenzione la gestione del funzionamento dell’ATS è affidata alla ECU (engine control unit) che controlla il funzionamento del motore a combustione interna.

In particolare, la ECU é configurata per controllare la valvola FP2 e pertanto regolare il raffreddamento del gas esausto che investe la prima porzione di ATS.

Inoltre, detta ECU è preferibilmente configurata per causare dette prima e seconda condizione operativa e configurata per - controllare detti mezzi di dosaggio di combustibile, siano essi realizzati mediante post-iniezioni sia mediante iniettori/ugelli disposti lungo la linea di scarico,

- controllare una calibrazione di una iniezione di combustibile in almeno un cilindro del motore a combustione interna in detta seconda condizione operativa tenendo conto dei composti ricircolati. Se il motore è ad accensione comandata è possibile controllare anche l’accensione.

Inoltre, se il motore E comprende un dispositivo di alzata valvola regolabile, generalmente indicato con VVA, la ECU può controllare anche gli angoli di apertura delle valvole realizzando per esempio EGR interno durante la fase di rigenerazione per minimizzare la produzione di NOx, soprattutto quando è implementato un condotto di bypass privo di dispositivi di abbattimento come in figura 1 – 3.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, la unità ECU può stimare i prodotti di rigenerazione quali HC, NH3 ed altri e regolare l’iniezione di combustibile nei cilindri, tenendo conto di tale contributo proveniente dalla ricircolazione integrale di tali prodotti di rigenerazione. L’invenzione riguarda anche un metodo di abbattimento di inquinanti prodotti da un motore a combustione interna E comprendente una linea di aspirazione IP ed una linea di scarico EP, un dispositivo ATS per l’abbattimento di inquinanti contenuti nei gas esausti prodotti dal motore a combustione interna, avente una prima porzione di trattamento ATS1, ATS1’ di gas esausto comprendente un NSC, il metodo comprendendo, durante una rigenerazione di detta prima porzione di trattamento ATS1, ATS1’ il passo di bypassare parzialmente detta prima porzione di trattamento in modo che una prima porzione di gas esausto attraversa detta prima porzione di trattamento e di ricircolare integralmente a monte del motore combustione interna detta prima porzione di gas esausto in modo da sfruttare detto motore a combustione interna come combustore di prodotti di rigenerazione rilasciati da detta prima porzione di trattamento.

La figura 4 mostra una variante preferita della configurazione di figura 3.

In particolare le due prime porzioni di ATS: ATS1 ed ATS1’ sono realizzate l’una concentrica rispetto all’altra.

In particolare ATS1 è realizzato centralmente, mentre ATS1’ avvolge ATS1.

E’ evidente che entrambi i dispositivi sono realizzati nello stesso canning ed in particolare ATS1’ funge da isolante termico per ATS1. Pertanto, soprattutto quando la matrice (core) dell’NSC è realizzata in materiale ceramico, durante le prime fasi di funzionamento del motore a combustione interna E e dell’ATS, il calore viene immagazzinato al centro della struttura ottenendo un più rapido raggiungimento dei suddetti 200°C.

Differentemente dalla figura 3, in cui sono adoperate due valvole a due vie FP1 ed FP1’, secondo la configurazione di figura 4, si adopera una valvola a tre vie FP1 che esercita le stesse funzioni delle due valvole FP1 ed FP1’.

Evidentemente, i due dispositivi ATS1 ed ATS1’ avendo diversa geometria e diversa capacità di dissipazione del calore possono essere utilizzati con ciclicità (duty cycle) diversa tra loro privilegiando ATS1 quando la temperatura dei gas esausti è prossima o inferiore ai 200°C e previlegiando ATS1’ quando la temperatura è prossima o eccede i 350°C.

Si preferisce che tutte le varianti di prima porzione di ATS siano del tipo close coupled, cioè disposte nel vano motore e sostanzialmente sotto il cofano della vettura destinata al trasposto di persone e/o beni.

Quando, opzionalmente, è presente una seconda porzione di ATS, questa è preferibilmente del tipo underfloor cioè disposta sotto il pavimento della vettura destinata al trasposto di persone e/o beni.

Con riferimento alla figura 4 Le linee parallele perpendicolari alla circolazione del flusso di gas esausto individuano interfacce di separazione di dispositivi diversi, secondo quanto descritto sopra, DPF-NSC, NSC-DPF, NSC-pSCR, etc..

La presente invenzione può essere vantaggiosamente realizzata tramite un programma per computer che comprende mezzi di codifica per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando questo programma è eseguito su di un computer. Pertanto si intende che l’ambito di protezione si estende a detto programma per computer ed inoltre a mezzi leggibili da computer che comprendono un messaggio registrato, detti mezzi leggibili da computer comprendendo mezzi di codifica di programma per la realizzazione di uno o più passi del metodo, quando detto programma è eseguito su di un computer.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le realizzazioni equivalenti per un tecnico del ramo.

Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda. Quanto descritto nel capitolo relativo allo stato della tecnica occorre solo ad una migliore comprensione dell’invenzione e non rappresenta una dichiarazione di esistenza di quanto descritto. Inoltre, se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio, quanto descritto nel capitolo stato della tecnica è da considerarsi come parti integrante della descrizione di dettaglio.

Claims (28)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di abbattimento di inquinanti prodotti da un motore a combustione interna (E) avente una linea di aspirazione (IP) ed una linea di scarico (EP), il sistema comprendendo - un dispositivo (ATS) per l’abbattimento di inquinanti contenuti nei gas esausti prodotti dal motore a combustione interna, in cui detto dispositivo comprende almeno una prima porzione di trattamento (ATS1, ATS1’) di gas esausto comprendente un NSC, - mezzi di dosaggio di combustibile (J1, J1’) atti ad introdurre combustibile in detta prima porzione di trattamento, - un primo raffreddatore (GC) disposto su detta linea di scarico a monte di detta prima porzione di trattamento, e comprendente propri primi mezzi di bypass (BP2, FP2) per regolare una temperatura di detta prima porzione di trattamento.
2. 2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detti primi mezzi di bypass comprendono un condotto avente un ingresso collegato immediatamente a monte (P1) di detto raffreddatore ed un’uscita collegata immediatamente a valle (P2) di detto primo raffreddatore.
3. 3. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto primo raffreddatore è raffreddato mediante acqua di raffreddamento di detto motore a combustione interna (E) ed in cui detti primi mezzi di bypass (BP2, FP2) sono configurati per forzare il gas esausto ad attraversare detto primo raffreddatore a motore freddo per accelerare un riscaldamento di detta acqua di raffreddamento.
4. 4. Sistema secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto primo raffreddatore è raffreddato mediante aria ambientale o altro gas ed in cui detti primi mezzi di bypass (BP2, FP2) sono configurati per bypassare detto primo raffreddatore a motore freddo, consentendo un rapido riscaldamento di detta prima porzione di trattamento.
5. 5. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, ulteriormente comprendente - un secondo condotto di by-pass (BP2) atto a by-passare detta prima porzione di trattamento disposti per connettere un primo punto (P3), a monte della prima porzione di trattamento, con un secondo punto (P5), a valle di della prima porzione di trattamento, - un condotto di ricircolazione (EGRP; EGRP1, EGRP2) che collega un terzo punto (P4), disposto tra detta prima porzione di trattamento (ATS1, ATS1’) e detto secondo punto (P5), con la linea di aspirazione (IP) del motore a combustione interna, - una prima valvola (FP1, FP1’) disposta per causare selettivamente, in una prima condizione operativa, di rigenerazione, una ricircolazione, verso detta linea di aspirazione, di gas esausto attraversante detta prima porzione di trattamento ed in una seconda condizione operativa, normale, un indirizzamento verso l’ambiente esterno di detto gas esausto attraversante detta prima porzione di trattamento.
6. 6. Sistema secondo la rivendicazione 5, in cui detta prima valvola è configurata per occludere completamente detto condotto di bypass in detta seconda condizione operativa.
7. 7. Sistema secondo la rivendica 5 o 6, in cui, quando il motore a combustione interna (E) è operativo, il sistema è configurato per attuare alternativamente - detta prima condizione operativa, di rigenerazione, in cui detti mezzi di dosaggio di combustibile (J1, J1’) sono operativi, introducendo combustibile in detta prima porzione di trattamento, - detta seconda condizione operativa, normale, in cui detti mezzi di dosaggio di combustibile sono chiusi.
8. 8. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 5 - 7, in cui detto secondo condotto di ricircolazione (EGRP) comprende una prima valvola di regolazione (EGRV) disposta in modo da regolare una portata di gas esausto attraversante detta prima porzione di trattamento (ATS1, ATS1’) e ricircolato all’aspirazione del motore a combustione interna.
9. 9. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 - 8, in cui detta prima porzione di trattamento comprende un DPF disposto a monte di detto NSC ed è configurato per realizzare i seguenti passi in successione: - regolazione di detti mezzi di dosaggio di combustibile in modo da ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione di trattamento leggermente maggiore di 1, vale a dire tra 1.01 e 1.2, - commutazione di detta valvola (FP1, FP1’) in modo da causare detta ricircolazione di gas attraversante detta prima porzione di trattamento, - regolazione di detti mezzi di dosaggio combustibile in modo da ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione di trattamento leggermente minore di 1, vale a dire tra 0.8 e 0.99.
10. 10. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 - 8, in cui detta prima porzione di trattamento comprende un DPF disposto a valle di detto NSC ed è configurato per realizzare i seguenti passi in successione: - regolazione di detti mezzi di dosaggio combustibile in modo da ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione di trattamento leggermente minore di 1, vale a dire tra 0.8 e 0.99, - commutazione di detta valvola (FP1, FP1’) in modo da causare detta ricircolazione di gas attraversante detta prima porzione di trattamento, - regolazione di detti mezzi di dosaggio di combustibile in modo da ottenere un lambda complessivo all’ingresso della prima porzione di trattamento leggermente maggiore di 1, vale a dire tra 1.01 e 1.2.
11. 11. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 - 8, in cui detta prima porzione di trattamento (ATS1, ATS1’) comprende un SCR passivo (pSCR) disposto a valle di detto NSC e a monte di detto terzo punto.
12. 12. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti da 5 a 9, in cui detta prima porzione di trattamento comprende un NSC, un DPF ed un SCR passivo oppure un NSC ed uno SCRoF, oppure un DPF, un NSC ed un SCR passivo, secondo una successione individuata da un circolazione di gas esausto attraversante detta prima porzione di trattamento.
13. 13. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 – 12, ulteriormente comprendente una seconda porzione di trattamento (ATS2) disposta valle di detta prima porzione di trattamento e comprendente un SCR attivo avente un relativo dosatore (J2) di additivo a base di urea, disposto a monte dell’SCR attivo, oppure un catalizzatore trivalente (TWC).
14. 14. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 – 13, ulteriormente comprendente una seconda porzione di trattamento (ATS2) disposta a valle di detta prima porzione di trattamento e comprendente un DOC come solo dispositivo di abbattimento ed in cui detta prima valvola (FB, FB’) è mantenuta in detta prima condizione operativa all’avviamento del motore a combustione interna.
15. 15. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo condotto di bypass (BP2) definisce una seconda prima porzione di trattamento (ATS1’) identica e reciprocamente parallela a detta prima porzione di trattamento (ATS1) e comprendente un secondo relativo condotto di ricircolazione (EGRP2) collegato con detta linea di aspirazione del motore a combustione interna ed una relativa prima valvola (FB’) per causare selettivamente una ricircolazione oppure un indirizzamento verso l’ambiente esterno di gas esausto attraversante detto condotto di bypass.
16. 16. Sistema secondo la rivendicazione 15, in cui dette prime valvole (FB, FB’) sono in detta condizione di ricircolazione solo alternatamente e sono contemporaneamente in detta seconda condizione operativa quando il motore a combustione interna eroga una coppia maggiore di una predefinita soglia di coppia.
17. 17. Sistema secondo la rivendicazione 16, in cui - detta relativa prima valvola (FP) di detta prima porzione (ATS1) di trattamento e - detta relativa prima valvola (FP’) di detta seconda prima porzione (ATS1’) sono realizzate mediante una singola valvola a tre vie ed in cui detta prima porzione di trattamento (ATS1) e detta seconda prima porzione di trattamento (ATS1’) sono realizzati mediante un unico dispositivo secondo la rivendicazione 28.
18. 18. Sistema secondo la rivendicazione 15, ulteriormente comprendente un dosatore (J2) di un additivo a base di urea, disposto immediatamente a monte di detto primo punto (P3) e configurato per dosare detto additivo quando detta prima valvola è in detta prima condizione operativa e/o quando detta prima valvola è in detta seconda condizione operativa fintanto che una temperatura di detto NSC è inferiore ad una predeterminata soglia di temperatura.
19. 19. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto condotto di ricircolazione (EGRP; EGRP1, EGRP2) comprende un raffreddatore (EGRC; EGRC1, EGRC2) per raffreddare detta portata di gas esausto ricircolato.
20. 20. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 – 19, in cui detti mezzi di dosaggio di combustibile comprendono un iniettore disposto per iniettare combustibile in un relativo cilindro in una relativa fase di scarico e/o comprende un ugello disposto su detta linea di scarico tra detto primo punto e detto primo dispositivo di trattamento.
21. 21. Sistema secondo una qualunque delle rivendicazioni da 14 a 20, in cui dette prima e seconda porzione di trattamento sono realizzate secondo la rivendicazione 27.
22. 22. Motore a combustione interna avente una linea di aspirazione (IP) ed una linea di scarico (EP) e caratterizzato dal fatto di avere un sistema di trattamento di relativi inquinanti conformemente ad una qualunque delle rivendicazioni precedenti 1 – 21.
23. 23. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 22, ulteriormente comprendente un circuito di ricircolazione di gas esausto (EGR) di alta pressione, comprendente - un secondo condotto (EGRPH) comprendente un ingresso collegato in un primo punto (PH) di un collettore di scarico ed un secondo punto (PIN) di un collettore di aspirazione del motore a combustione interna ed - un terzo raffreddatore (EGRCH) dei gas esausti ricircolati attraverso detto secondo condotto ed - un relativo condotto di bypass (BP3) con una relativa valvola di commutazione a tre vie (V1) disposta a monte o a valle del terzo raffreddatore per attivare selettivamente questo ultimo od il relativo condotto di bypass (BP3) e - mezzi per indirizzare (BP4, V2, CKV2, CKV1) gas esausti raffreddati mediante detto terzo raffreddatore su detta linea di scarico (EP).
24. 24. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 23, in cui detti mezzi di indirizzamento sono configurati per attivare detto indirizzamento quando una temperatura di detta prima porzione di trattamento è prossima ad una predeterminata soglia superiore di temperatura, benché i gas esausti sono raffreddati mediante detto primo raffreddatore.
25. 25. Motore secondo la rivendicazione 23 o 24, in cui detti mezzi di indirizzamento comprendono: - una prima valvola di non ritorno (CKV1) disposta immediatamente a valle di detto terzo raffreddatore (EGRCH); - una prima valvola di regolazione a due vie (EGRVH) disposta a valle del condotto di bypass (BP3) del terzo raffreddatore per regolare una porzione di gas esausto ricircolato all’aspirazione del motore a combustione interna, - un ulteriore collegamento pneumatico (BP4) disposto per collegare detto relativo condotto di bypass (BP3) con detto collettore di scarico in un secondo punto (PL) a valle di detto primo punto (PL); - una seconda valvola di regolazione a due vie (V2) disposta su detto collegamento pneumatico per regolare una porzione di gas esausto indirizzata in detta linea di scarico, - una seconda valvola di non ritorno (CKV2) disposta immediatamente a monte o a valle di detta seconda valvola di regolazione a due vie.
26. 26. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 22 a 25, ulteriormente comprendente un gruppo turbocompressore (T, C) in cui detta prima porzione di trattamento (ATS1, ATS1’) è disposta a valle di una turbina (T) di detto gruppo turbocompressore e detto condotto di ricircolazione è collegato a detta linea di aspirazione o a monte di un compressore di detto gruppo turbocompressore.
27. 27. Motore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 22 a 26, ulteriormente comprendente una unità di elaborazione (ECU) configurata per eseguire almeno una delle seguenti procedure: - controllo di una attivazione di detto primo raffreddatore per regolare una temperatura di detta prima porzione di trattamento (ATS1, ATS1’), - attivazione di dette prima e seconda condizione operativa e controllo detti mezzi di dosaggio di combustibile (J1, J1’), - controllo di detti mezzi di indirizzamento per supplementare detto primo raffreddatore nella regolazione di detta temperatura di detta prima porzione di trattamento, - controllo di una calibrazione di una iniezione di combustibile in almeno un cilindro del motore a combustione interna in detta seconda condizione operativa tenendo conto dei composti ricircolati.
28. 28. Dispositivo di trattamento di gas esausto comprendete un singolo alloggiamento in cui si individuano estremi opposti ed in cui è alloggiata almeno una matrice di trattamento definente un NSC ed atta a trattare gas esausti attraversanti detto dispositivo tra detti estremi opposti ed in cui detta matrice è suddivisa in una porzione centrale ed una porzione anulare che circonda detta porzione centrale ed in cui detto alloggiamento comprende setti divisori disposti per individuare due percorsi distinti e separati tra detti estremi opposti, di cui un primo percorso (ATS1) attraversante detta porzione centrale ed un secondo percorso (ATS1’) attraversante detta porzione anulare di detta matrice.