IT201900010686A1 - Modulo integrato per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo e relativo gruppo alimentazione per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo - Google Patents

Modulo integrato per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo e relativo gruppo alimentazione per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo Download PDF

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Luca Cristani
Antonio Barbuto
Giovanni Stanzani
Antonio Zito
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Description

DESCRIZIONE
CAMPO DI APPLICAZIONE
[0001] La presente invenzione riguarda un modulo integrato per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo e un relativo gruppo alimentazione per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo.
STATO DELLA TECNICA
[0002] Negli ultimi tempi, si sono sempre più diffusi, nel settore dei motori endotermici per uso automobilistico, dispositivi di stoccaggio ed erogazione controllata di liquidi per ottimizzare il funzionamento diretto e/o indiretto dei propulsori endotermici.
[0003] In particolare, questi dispositivi prevedono l’iniezione controllata di acqua in camera di combustione (tipicamente nei motori a combustione interna alimentati a benzina ma non solo) e l’iniezione di una soluzione di acqua e urea per il trattamento dei gas di scarico nei motori a combustione interna alimentati a gasolio.
[0004] In particolare, la tecnologia di ‘water injection’ prevede di iniettare acqua direttamente o indirettamente (attraverso il condotto di aspirazione) in camera di combustione per mitigare la tendenza alla detonazione e per contenere la temperatura dei gas di scarico. Anche nei motori a ciclo Diesel potrebbe essere iniettata acqua in camera di combustione allo stesso modo ma con l’obiettivo di ridurre la formazione di ossidi di azoto.
[0005] Inoltre, nei motori alimentati a ciclo Diesel può esserci l’esigenza di iniettare acqua demineralizzata mista a urea nel sistema di trattamento dei gas di scarico in presenza di un sistema SCR a concentrazione variabile.
[0006] Tutte queste applicazioni necessitano dunque di un certo volume di liquido, comprendente acqua demineralizzata e/o urea a bordo del veicolo, tipicamente contenuto in un apposito serbatoio.
[0007] Tali liquidi, come visto, vengono utilizzati direttamente in camera di combustione (acqua) o lungo la linea di scarico (miscele acqua-urea).
[0008] Le soluzioni note prevedono la realizzazione di serbatoi di stoccaggio di liquido (acqua/urea) che devono essere muniti di una pluralità di accessori quali sistemi di filtraggio/controllo del liquido, sistemi di pompaggio del liquido, condotti di mandata e adduzione per realizzare ricircolo dei liquidi e sistemi di riscaldamento che servono a scongelare all’occorrenza i liquidi che tendono a solidificare a causa delle basse temperature. Infatti tali serbatoi di liquido sono usualmente disposti nella parte inferiore del veicolo e comunque non sono alloggiati all’interno dell’abitacolo bensì sono disposti all’esterno e pertanto possono essere sottoposti a temperature che possono raggiungere parecchi gradi sotto i 273K.
[0009] Le soluzioni note presentano alcuni inconvenienti e svantaggi.
[0010] In particolare, i sistemi noti prevedono un corpo unico che comprende tutti gli accessori necessari al pompaggio e al trattamento del liquido, il quale corpo viene fissato sul serbatoio in modo da risultare in collegamento fluido con quest’ultimo.
[0011] Tali soluzioni note sono piuttosto complesse e richiedono realizzazione specifiche per ciascun serbatoio di liquido a cui i dispositivi devono essere associati.
[0012] Inoltre l’accorpamento di tutti gli accessori in un unico dispositivo rende anche complicato l’assemblaggio e lo smontaggio dello stesso, ad esempio per effettuare interventi di manutenzione/riparazione. PRESENTAZIONE DELL'INVENZIONE
[0013] E’ quindi sentita nell’arte l’esigenza di risolvere gli inconvenienti e limitazioni citati in riferimento alla tecnica nota.
[0014] Tale esigenza è soddisfatta da un modulo integrato per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo in accordo con la rivendicazione 1 e da un relativo gruppo alimentazione per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo in accordo con la rivendicazione 16.
[0015] Altre forme di realizzazione della presente invenzione sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.
DESCRIZIONE DEI DISEGNI
[0016] Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente comprensibili dalla descrizione, di seguito riportata, di suoi esempi preferiti e non limitativi di realizzazione, in cui:
[0017] la figura 1a rappresenta una vista schematica complessiva di un gruppo alimentazione per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
[0018] la figura 1b rappresenta una vista schematica complessiva di un gruppo alimentazione per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo, secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
[0019] la figura 2 rappresenta una vista prospettica di un modulo integrato comprendente un elemento interno ed un elemento esterno secondo una possibile forma di realizzazione della presente invenzione;
[0020] la figura 3 rappresenta una vista prospettica di un elemento di un modulo integrato in accordo con la presente invenzione.
[0021] Gli elementi o parti di elementi in comune tra le forme di realizzazione descritte nel seguito saranno indicati con medesimi riferimenti numerici.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA
[0022] Con riferimento alle suddette figure, con 4 si è globalmente indicato un gruppo alimentazione per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo.
[0023] E’ da premettere che il termine veicolo deve essere inteso in senso lato; in altre parole la presente invenzione trova agevole applicazione in qualsiasi tipo di veicolo munito di motore a combustione interna 8, alimentato con qualsiasi tipologia di carburante.
[0024] Il gruppo alimentazione 4 comprende un serbatoio di liquido 12, un modulo integrato 16 per il controllo e la gestione di detto liquido a bordo veicolo e almeno una pompa di mandata 20 per il liquido.
[0025] Il serbatoio di liquido 12 può avere qualsiasi forma e dimensione e può essere realizzato sia con materiali metallici che, preferibilmente, con materiali polimerici.
[0026] Il modulo integrato 16 è associato a tenuta a detto serbatoio di liquido 12, come meglio descritto nel seguito.
[0027] L’almeno una pompa di mandata 20 di detto liquido è munita di un condotto di mandata 24 del liquido verso un impianto di alimentazione 28 del motore a combustione interna 8 e/o verso un impianto di trattamento dei gas di scarico 32 del motore a combustione interna 8. Il condotto di mandata può essere a sua volta munito di una valvola di massima pressione di mandata 26. L’impianto di alimentazione 28 sarà a sua volta provvisto di iniettori 29 configurati per iniettare il liquido direttamente in camera di combustione (iniezione diretta) o in una pre-camera (iniezione indiretta). L’impianto di trattamento dei gas di scarico 32 del motore a combustione interna 8 potrà essere ad esempio munito di un iniettore 33 configurato per iniettare il liquido lungo l’impianto di scarico.
[0028] Tipicamente, si utilizza come liquido acqua demineralizzata per l’iniezione nell’impianto di alimentazione 28 mentre si utilizza una miscela di acqua ed urea per l’iniezione nell’impianto di trattamento dei gas di scarico 32 del motore a combustione interna 8.
[0029] Il modulo integrato 16 per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo comprende un elemento interno 36 che comprende sensori 40 per il controllo delle caratteristiche e/o del livello del liquido, e un elemento esterno 44 che comprende un elemento riscaldatore 48 per il liquido.
[0030] Preferibilmente, l’elemento interno 36 comprende almeno parzialmente o si connette con almeno un condotto di mandata/ritorno 24 del liquido.
[0031] In particolare, detto elemento interno 36 comprende le connessioni idrauliche, necessarie per mandare il liquido alla pompa ed anche, eventualmente, per reimmettere il liquido nel serbatoio di liquido 12.
[0032] Vantaggiosamente, l’elemento interno 36 e l’elemento esterno 44 sono associati amovibilmente tra loro in modo da risultare separabili reciprocamente.
[0033] Ad esempio, gli elementi interno ed esterno 36,44 sono collegati tra loro mediante mezzi di collegamento amovibili, quali viti, bulloni e simili.
[0034] Preferibilmente, tra detti elementi interno ed esterno 36,44 è disposta una guarnizione di tenuta idraulica 52.
[0035] Come sopra accennato, il modulo interno 36 comprende i sensori 40 per il controllo delle caratteristiche del liquido.
[0036] Secondo una forma di realizzazione, detti sensori 40 comprendono almeno un sensore di qualità 56 del liquido, e/o almeno un sensore di livello 60 del liquido e/o almeno un sensore di temperatura 64 del liquido.
[0037] Secondo una forma di realizzazione, l’elemento interno 36 comprende anche una cartuccia filtrante 68 (antibatterica nel caso di utilizzo di acqua), installata a monte dell’aspirazione, per trattenere le impurità eventualmente presenti all’interno del serbatoio di liquido 12. La cartuccia filtrante 68 è preferibilmente rimovibile singolarmente per la sostituzione o per i lavori di manutenzione ordinaria da effettuare durante i tagliandi.
[0038] Diversamente dalle applicazioni che prevedono l’utilizzo di miscele acqua-urea, nel caso di utilizzo di sola acqua come liquido, in aggiunta ai componenti citati sopra, all’interno di detto elemento interno 36 vengono aggiunte due zone di controllo di biocontaminazione 72 rispettivamente di tipo attivo e passivo.
[0039] L’elemento esterno 44 è disposto in modo da circondare almeno parzialmente l’elemento interno 36.
[0040] Secondo una forma di realizzazione, l’elemento esterno 44 ha una conformazione cilindrica ed è disposto coassialmente rispetto all’elemento interno 36.
[0041] L’elemento esterno 36 può comprendere un’apertura frontale 74 per l’aspirazione del liquido.
[0042] Preferibilmente, detto elemento esterno è costituito esclusivamente dall’elemento riscaldatore 48, ad esempio sotto forma di corona riscaldante, che circonda l’elemento interno 36.
[0043] L’elemento esterno 44 consiste in una corona circolare esterna entro la quale viene inserito l’elemento interno 36, collegato tramite, preferibilmente, l’utilizzo di viti. La tenuta idraulica tra questi due elementi è garantita da una guarnizione in gomma circolare.
[0044] L’elemento esterno 44 può comprendere, come elemento riscaldatore 48, un riscaldatore elettrico rigido, ad esempio composto da pastiglie PTC che si sviluppa sulla quasi totalità della circonferenza; inoltre può prevedere, come visto, solo un’apertura sulla parte anteriore per garantire il passaggio del liquido verso l’interno dove è presente l’aspirazione.
[0045] Il dispositivo riscaldatore 48 può comprendere una termo-resistenza elettrica; in alternativa o in aggiunta, detto dispositivo riscaldatore 48 può comprendere anche uno scambiatore di calore liquidoliquido.
[0046] L’elemento riscaldatore 48 può erogare una potenza modulabile, che può essere più alta nel caso di utilizzo di acqua, e più bassa nel caso di miscele acqua-urea, necessaria per garantire lo scongelamento di un volume di liquido sufficiente per avviare il sistema.
[0047] Secondo una forma di realizzazione, l’elemento esterno 44 è conformato in modo da delimitare con l’elemento interno 36 un volume di captazione 76 del liquido, sostanzialmente cilindrico atto a contenere almeno parzialmente detto liquido; preferibilmente detto volume di captazione 76 alloggia i sensori 40 per il controllo delle caratteristiche e/o del livello del liquido.
[0048] Preferibilmente, detto volume di captazione 76 ha una conforma zione circolare delimitata esternamente da una parete laterale 80 dell’elemento esterno 44 ed internamente da una base 50 del modulo integrato 16.
[0049] Questa configurazione implica un doppio vantaggio: da un lato si crea una sorta di pozzetto per raccogliere una porzione di liquido da analizzare tramite i sensori e dall’altro si crea un volume di liquido facilmente e rapidamente riscaldabile attraverso il dispositivo di riscaldatore 48 che lo circonda. Pertanto anche in caso di congelamento del liquido a causa, ad esempio di lunga inattività esposizione a basse temperature, è possibile ripristinare il liquido e quindi la funzionalità del modulo e dell’iniezione di liquido in tempi assai brevi.
[0050] L’elemento esterno 44 è preferibilmente munito di mezzi di collegamento amovibili per il suo fissaggio amovibile al serbatoio di liquido 12.
[0051] L’elemento esterno 44 è munito di una guarnizione di tenuta per il fissaggio a tenuta su detto associabile serbatoio.
[0052] In alternativa il fissaggio dell’elemento esterno 44 al serbatoio di liquido 12 può essere effettuato tramite tecnologia di saldatura a lama calda.
[0053] Come si può apprezzare da quanto descritto, la presente invenzione consente di superare gli inconvenienti presentati nella tecnica nota.
[0054] Il vantaggio di questa soluzione è quello di avere un modulo composto da due elementi: un elemento interno ed un elemento esterno. L’elemento interno, che contiene sensori, zona di filtraggio (e zone per il controllo antibatterico nel caso di acqua), è smontabile e può essere usato singolarmente su serbatoi di dimensioni più piccole e che non richiedono l’utilizzo dell’elemento esterno.
[0055] L’elemento esterno, entro il quale viene montato l’elemento interno, consiste in un riscaldatore elettrico. Il modulo così completo può essere montato sui serbatoi dove viene richiesto un riscaldamento del liquido o miscela con il vantaggio di avere una dimensione standard che ne prevede l’intercambiabilità con i vari sistemi attualmente in commercio.
[0056] Un ulteriore vantaggio è quello di avere i due elementi interno ed esterno collegati tra loro tramite viti o simili mezzi di collegamento amovibili, garantendone la rimozione separata quando è richiesta, ad esempio, la manutenzione del sistema.
[0057] La soluzione può essere applicata a tutti i serbatoi che prevedono un’interfaccia di dimensioni adeguate impiegati per l’iniezione d’acqua in un motore a combustione interna e per l’iniezione di miscele di urea nella linea di scarico dei motori diesel.
[0058] Le dimensioni di questo modulo (interno esterno) garantiscono l’intercambiabilità con i vari sistemi (acqua o miscele acqua-urea) attualmente in commercio che richiedono un modulo integrato con le caratteristiche descritte sopra.
[0059] L’elemento interno di questo sistema, date le sue dimensioni ridotte e la sua compattezza, può essere utilizzato anche in maniera indipendente su serbatoi di dimensioni più piccole o con sagome più complesse che non prevedono l’utilizzo di un riscaldatore.
[0060] Un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare esigenze contingenti e specifiche, potrà apportare numerose modifiche e varianti ai moduli sopra descritti, tutte peraltro contenute nell’ambito dell’invenzione quale definito dalle seguenti rivendicazioni.

Claims (16)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo, comprendente - un elemento interno (36) che comprende sensori (40) per il controllo delle caratteristiche e/o del livello del liquido, ed almeno parzialmente un condotto di mandata/ritorno (24) del liquido, - un elemento esterno (44) che comprende un elemento riscaldatore (48) per il liquido, - in cui detto elemento interno (36) e detto elemento esterno (44) sono associati amovibilmente tra loro in modo da risultare separabili reciprocamente.
  2. 2. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo la rivendicazione 1, in cui detti elementi interno ed esterno (36,44) sono collegati tra loro mediante mezzi di collegamento amovibili.
  3. 3. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo la rivendicazione 2, in cui detti mezzi di collegamento amovibili comprendono viti, bulloni e simili.
  4. 4. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui tra detti elementi interno ed esterno (36,44) è disposta una guarnizione di tenuta (52).
  5. 5. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui i sensori (40) per il controllo delle caratteristiche del liquido comprendono almeno un sensore di qualità (56) del liquido, e/o almeno un sensore di livello (60) del liquido e/o almeno un sensore di temperatura (64) del liquido.
  6. 6. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui l’elemento esterno (44) è disposto in modo da circondare almeno parzialmente l’elemento interno (36).
  7. 7. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui l’elemento esterno (44) ha una conformazione cilindrica ed è disposto coassialmente rispetto all’elemento interno (36).
  8. 8. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui l’elemento esterno (44) comprende un’apertura frontale per l’aspirazione del liquido.
  9. 9. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui detto elemento esterno (44) è costituito esclusivamente da una corona riscaldante che circonda l’elemento interno (36).
  10. 10. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui l’elemento esterno (44) è conformato in modo da delimitare con l’elemento interno (36) un volume di captazione (76) liquido sostanzialmente cilindrico atto a contenere almeno parzialmente detto liquido, detto volume di captazione (76) alloggiando i sensori (40) per il controllo delle caratteristiche e/o del livello del liquido.
  11. 11. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo la rivendicazione 10, in cui detto volume di captazione (76) ha una conformazione circolare delimitata esternamente da una parete laterale (80) dell’elemento esterno (44) e internamente da una base 50 del modulo integrato 16.
  12. 12. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 11, in cui il dispositivo riscaldatore (48) comprende una termoresistenza elettrica.
  13. 13. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 12, in cui detto dispositivo riscaldatore (48) comprende uno scambiatore di calore liquido-liquido.
  14. 14. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui l’elemento esterno (44) è munito di mezzi di collegamento amovibili per il suo fissaggio amovibile al serbatoio di liquido (12).
  15. 15. Modulo integrato (16) per il controllo e la gestione di liquidi a bordo veicolo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui l’elemento esterno (44) è munito di una guarnizione di tenuta per il fissaggio a tenuta su detto associabile serbatoio di liquido (12).
  16. 16. Gruppo alimentazione (4) per il controllo, la gestione e l’alimentazione di liquidi a bordo veicolo, comprendente: - un serbatoio di liquido (12), - un modulo integrato (16) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 15, detto modulo integrato (16) essendo associato a tenuta a detto serbatoio di liquido (12), - almeno una pompa di mandata (20) di detto liquido munita di un condotto di mandata (24) verso un impianto di alimentazione (28) di un motore a combustione interna e/o verso un impianto di trattamento dei gas di scarico (32) di un motore a combustione interna (8).
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