IT201900017228A1 - Sistema per l’ abbattimento del rumore per motori a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“Sistema per l’ abbattimento del rumore per motori a combustione interna”

Settore della tecnica

Forma oggetto della presente invenzione un sistema per l’abbattimento del rumore per motori a combustione interna che trova applicazione in tutti i veicoli o macchinari dotati di motore a combustione interna e più in particolare, ma non esclusivamente, per motori a combustione interna di macchinari ad uso agricolo o atti alla manutenzione del verde tra i quali a mero titolo di esempio macchine trattrici e tosaerba.

Oggetto della presente invenzione è dunque un sistema per l’abbattimento del rumore per motori a combustione interna comprensivo dell’ insieme dei meccanismi che consentono l’abbattimento del rumore e più in particolare, che consentono l’ annullamento delle onde sonore per interferenza acustica distruttiva nonché che consentono un abbattimento della pressione dei gas di scarico con aumento della velocità. Maggiori dettagli sugli elementi che costituiscono il sistema di abbattimento del rumore verranno forniti nel seguito. Stato della Tecnica:

E’ noto che uno dei problemi che maggiormente affligge i motori a scoppio a combustione interna, più in particolare in macchinari ad uso agricolo o per la manutenzione del verde, è quello del rumore elevato che disturba anche a distanza notevole.

Si presenta quindi la necessità di ridurre il rumore generato dai gas di scarico dei motori a scoppio a combustione interna in particolare in macchinari ad uso agricolo o in macchinari per la manutenzione del verde. Sono stati fatti diversi tentativi per ridurre il rumore prodotto dai gas con il risultato di un aumento della pressione media di uscita dei gas dal motore e quindi con conseguenti perdite di carico, riduzione significativa del rendimento ed un incremento dei consumi energetici. Nella tecnica nota, infatti, l’abbattimento del rumore avviene a causa del rallentamento dei gas dovuto al passaggio tortuoso in un numero elevato di camere di espansione che determina al contempo la diminuzione dei giri del motore e quindi una perdita di efficienza.

Scopo del trovato è quindi ridurre le emissioni acustiche dei motori a combustione interna senza alterazione della prestazione del motore e che sia privo degli inconvenienti sopra descritti e riscontrati nella tecnica nota, e, in particolare, sia di facile ed economica implementazione.

In accordo con l’invenzione, tale scopo viene raggiunto da un sistema per l’abbattimento del rumore per motori a combustione interna comprendente le caratteristiche tecniche esposte in una o più delle rivendicazioni annesse.

Una turbina, di cui è dotato il sistema, ha molteplici funzioni, tra esse: a) la rotazione della medesima con la conseguente rotazione sia dell’albero sia delle alette; b) l’ impatto della turbina con i gas genera un insieme di collisioni che ne diminuiscono il suono; c) ha la funzione di diminuire la pressione nella parte iniziale della marmitta con un conseguente miglioramento del motore; d) genera la rotazione dell’albero e delle alette ed attua di conseguenza l’apertura e la chiusura di qualsiasi divisore della marmitta; permette una gestione più flessibile dei gas di scarico.

Quindi la turbina adattandosi ai giri del motore garantisce una prestazione ottimale in qualsiasi performance del motore stesso. Eliminando un ulteriore problematica nota, come nelle molteplici marmitte, dove la prestazione più elevata si ha solo in un determinato range dei giri del motore.

La turbina interagendo con il motore e con i gas, apre un nuovo mondo riguardo le limitazione che hanno le marmitte già note, poiché diminuisce o in determinati casi azzera la resistenza dei gas nella fuoriuscita dalla camera di combustione garantendo prestazioni nettamente superiori.

Gli elementi del sistema sono facilmente realizzabili anche per estrusione, i materiali impiegati per la sua realizzazione non sono necessariamente metallici, di conseguenza possono essere molteplici, ovvero qualsiasi materiale che resista a temperature elevate, ad esempio i materiali che vengono già utilizzati nell’ambito dei terminali di scarico. Si prevedono quindi ridotti costi di produzione in vista di un impiego su larga scala.

La presente invenzione rappresenta una diversa soluzione poichè consente di ridurre non solo il rumore ma anche, ridurre la pressione dei gas che fuoriescono dalla camera di combustione e di conseguenza dal motore.

Il trovato attenua notevolmente i problemi riscontrati nella tecnica nota superando, inoltre, le prestazioni delle marmitte già note.

Descrizione sommaria dell’ invenzione

Forma oggetto della presente invenzione un sistema per l’abbattimento del rumore per motori a combustione interna comprensivo dell’ insieme di meccanismi e di elementi che consentono l’abbattimento del rumore e più in particolare, che consentono l’ annullamento delle onde sonore per interferenza acustica distruttiva nonchè un abbattimento della pressione dei gas di scarico.

Un sistema per l’abbattimento del rumore per motori a combustione interna caratterizzato dal fatto di comprendere : una turbina, un albero di turbina, alette poste sull’albero di turbina, alloggiati in un corpo di contenimento dotato di foro di entrata dei gas provenienti dal motore e foro di uscita dei gas all’ esterno, di un numero n di camere di espansione, di un numero n di setti divisori e detti setti dotati ciascuno di un foro di entrata ed un foro di uscita dei gas.

Il sistema oggetto della presente invenzione è in grado di generare in ciascuna camera di espansione una circolazione a vortice dei flussi di gas provenienti dal motore. Ogni volta che i gas transitano in una camera di espansione, passando per l’apertura posta sul setto divisorio tramite alette che aprono e chiudono in modo alternato le camere di espansione, effettuano un movimento rotatorio incontrando un nuovo flusso di gas in entrata ciò comportando l’ annullamento delle onde sonore per interferenza acustica distruttiva ed il conseguente abbattimento del rumore.

I gas di scarico, grazie al sistema oggetto della presente invenzione giungono all’uscita con rumore abbattuto prima all’interno di ciascuna camera di espansione e poi globalmente all’ uscita dalla marmitta.

La somma delle riduzioni avvenute nelle singole camere di espansione si traduce in un notevole abbattimento del rumore globale emesso dai gas di scarico.

Le caratteristiche ed i vantaggi del sistema oggetto della presente invenzione saranno evidenti dalla descrizione di seguito riportata, data a titolo esemplificativo e non limitativo, in accordo con le figure allegate e ulteriormente definiti nelle rivendicazioni.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà òra descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano una forma di realizzazione preferita e non limitativa.

Gli stessi numeri di riferimento in Figura 1 e Figura 2 identificano gli elementi uguali o simili. Con 3 è indicato genericamente ciascun setto divisorio. Nello schema di Figura 1 sono rappresentati esemplificativamente quattro setti divisori. Con 4 è indicato genericamente ciascun foro presente sui setti divisori sia con riferimento ai fori di entrata che con riferimento ai fori di uscita. Con 10 è indicato genericamente una qualsiasi delle camera di espansione ma può riferirsi anche specificatamente alla prima camera di espansione dove è posizionata la palettatura della turbina, in tale ultimo caso, sarà specificato il riferimento alla prima camera di espansione. Nello schema di Figura 1 sono rappresentati esemplificativamente cinque camere di espansione. Inoltre i disegni non sono necessariamente in scala. Ancora, la descrizione dettagliata che segue non limita l’invenzione.

Piuttosto, l’ambito dell’invenzione è definito dalle rivendicazioni accluse.

Inoltre, le particolari caratteristiche od elementi possono essere combinati in qualunque modo idoneo in una o più forme di realizzazione.

La Figura 1 rappresenta uno spaccato assonometrico di una marmitta in cui sono presenti un corpo di contenimento ( 12) dotato di un foro di entrata dei gas dal motore ( 6) ed un foro di uscita dei gas all’ esterno ( 5) e in tale corpo di contenimento alloggiano : a) una pluralità di camere di espansione in successione (10) separate tra loro mediante setti divisori paralleli (13) e tali setti dotati di fori di collegamento (4) per il passaggio dei gas provenienti dal motore (5); b) una turbina rotante( 1,11); c) un albero rotante ( 2) integrato nel corpo turbina (1) e estendentesi dal corpo turbina (1) e lungo l’asse baricentrico delle camere di espansione e sino all’estremità dell’ involucro (7) e rotante attorno a detto asse; d) alette rotanti (3) poste sull’ albero di turbina ( 2) che aprono e chiudono in modo alternato ed in successione le camere di espansione generando un movimento vorticoso del flusso di gas in entrata in ciascuna camera di espansione; e) un collegamento tra l’ albero di turbina e il corpo di contenimento ( 7 ) .

La Figura 2 rappresenta una vista in assonometria della turbina ( 1, 11 ), dell’ albero di turbina (2), delle alette poste sull’ albero di turbina (3).

Le camere di espansione (10), poste in comunicazione tra loro tramite i fori ( 4) presenti sui setti divisori (13), sono caratterizzate dal fatto di avere sempre un foro di entrata ed un foro di uscita dei gas e sempre un foro di entrata aperto ed un foro di uscita chiuso in modo alternato.

In fase di funzionamento del motore i gas provenienti dal motore entrano nella prima camera di espansione(10) passando dal foro posto all’ imbocco dell’ involucro (6) ed impattano sulla turbina (1-11) con conseguente movimento rotatorio della turbina, dell’ albero di turbina (2) e delle alette ( 3) poste sull’albero di turbina.

L’albero di turbina prende il moto della turbina alla quale è collegato.

La rotazione della turbina genera la rotazione dell’albero e delle alette poste sull’albero di turbina.

Più in particolare in seguito all’impatto con la turbina ed ancora più in particolare con la palettatura della parte rotorica della turbina ( 11) il flusso dei gas è convogliato verso la paratia della prima camera di espansione ( 10 ) con il conseguente aumento della velocità del flusso di gas e la diminuzione della pressione. Questa soluzione, già da sola, provocherà un aumento delle prestazioni ed una riduzione dei consumi e delle emissioni nocive dei motori stessi dovute alla accelerazione dei gas in ingresso nella marmitta o silenziatore e alla riduzione della pressione.

Successivamente il flusso di gas viene dirottato dalla prima camera di espansione, ove è posta la turbina, nella successiva camera di espansione e successivamente in tutte le altre camere di espansione sino allo scarico (5).

Le alette (3) sono poste sul detto albero di turbina ( 2) in modo tale che ruotando aprono e chiudono in successione e in modo alternato i fori presenti nei setti divisori ( 4) e detto modo alternato è in grado di chiudere per ciascuna camera di espansione in sequenza il foro di uscita lasciando aperto il foro di entrata consentendo alla porzione di gas presente all’ interno della camera di espansione di effettuare un movimento rotatorio e di scontrarsi con il gas in entrata dalla camera precedente detto incontro tra la porzione di gas in entrata e la porzione di gas che effettua il movimento rotatorio determina una opposizione di fase delle onde sonore e la conseguente riduzione del rumore per interferenza acustica distruttiva.

Le interferenze acustiche distruttive delle onde sonore prodotte all’ interno di ciascuna camera di espansione sono in grado di generare riduzioni del rumore in ciascuna camera di espansione ed una riduzione globale del rumore all’ uscita dei gas dalla marmitta.

Una maggiore potenza di rotazione della turbina può essere generata aggiungendo alla turbina un motorino elettrico (8) con un conseguente aumento di spinta del flusso dei gas all’ entrata della marmitta ed una maggiore velocità.

In ciascuna camera di espansione si genera una circolazione a vortice dei flussi di gas dovuta alla chiusura ed apertura temporanea delle camere di espansione grazie alette presenti sull’albero di rotazione della turbina.

Ogni volta che i gas transitano in una camera di espansione, passando per l’apertura posta sul setto divisorio (4) tramite le alette (3) che aprono e chiudono le camere di espansione, effettuano un movimento rotatorio incontrando un nuovo flusso di gas in entrata generando un abbattimento del rumore imponente.

Ciascuna camera di espansione ha in alternanza il foro di entrata aperto e quello di uscita chiuso in modo da consentire il moto vorticoso dei gas e la conseguente opposizione di fase delle onde sonore con conseguente riduzione del rumore per interferenza acustica distruttiva. Tale processo prosegue nelle successive camere di espansione come una reazione a catena, con espansione e compressione ripetute, sino a fuoriuscire all’esterno tramite il foro di uscita (5) e una conseguente dispersione nell’ambiente esterno, con l’abbattimento del rumore avvenuto nell’interno delle camere di espansione.

Tale sistema permette un funzionamento e un risultato nettamente superiore rispetto alle altre marmitte grazie al movimento delle alette che aprono e chiudono le camere di espansione.

L’ albero di turbina potrà essere collegato (7) tramite le numerose tipologie di collegamento già esistenti, a titolo di esempio, potranno essere adottati semplici cuscinetti che operano a temperature elevate, come cuscinetti a sfera, a rulli, a ingranaggi o persino magnetici (7) o inserendo una camera di rotazione cilindrica forata posizionata all’interno di una camera anch’essa cilindrica con una profondità maggiore adatta per compensare la dilatazione termica senza intaccare la prestazione del trovato.

Si intende che l’invenzione non è limitata alla forma di attuazione sopra descritta, e che varianti e perfezionamenti possono esservi apportati senza uscire dall’ambito delle seguenti rivendicazioni.

Le dimensioni della turbina, dell’albero ed il numero delle alette devono essere adeguate al motore adoperato e al volume dei gas che lo percorrono così come può variare il numero di camere di espansione.

Si possono avere prestazioni più elevate del sistema oggetto della presente invenzione semplicemente prolungando l’albero(9), aggiungendo ulteriori alette contrapposte e collegando alla turbina un piccolo motore elettrico (8), sincronizzando, pertanto, il dispositivo con i giri del motore, tale da aumentare la velocità di rotazione sia della turbina(1) sia dell’albero (2) che delle alette (3). Con l’aumento della velocità rotatoria della turbina (1) si avrà una diminuzione della pressione, poiché il flusso dei gas combusti giunge più velocemente e con una minore perdita di potenza del motore e migliori rendimenti rispetto alle marmitte già in commercio .

Dunque diverse dimensioni rientrano nell’ ambito del sistema oggetto della presente invenzione.

Claims (2)

1. RIVENDICAZIONI 1) Sistema per l’abbattimento del rumore per motori a combustione interna in grado di generare all’ interno di ciascuna camera di espansione interferenze acustiche distruttive delle onde sonore e detto sistema caratterizzato dal fatto di comprendere: - un corpo di contenimento dotato di foro per l’ entrata dei gas di scarico provenienti dal motore in cui alloggiano una pluralità di camere di espansione poste in sequenza e separate da altrettanti setti divisori paralleli dotati ciascuno di un foro per il passaggio dei gas che detto foro pone in comunicazione le camere di espansione e dette camere di espansione caratterizzate dal fatto di avere un foro di entrata dei gas ed un foro di uscita; - un dispositivo alloggiato in detto corpo di contenimento il quale presenta una turbina rotante dotata di palettatura, alloggiata nella prima camera di espansione e detta turbina, sulla quale impattano i gas provenienti dal motore, in entrata nell’ corpo di contenimento, è in grado di convogliare i gas verso il primo setto divisorio della prima camera di espansione e la seconda camera di espansione con il conseguente aumento della velocità del flusso di gas e la diminuzione della pressione, un albero rotante integrato nel detto corpo di turbina estendentesi dal detto corpo turbina e lungo l’asse baricentrico delle camere di espansione e sino all’estremità del corpo di contenimento e detto albero rotante attorno a detto asse e sul detto albero poste delle alette rotanti che aprono e chiudono in modo alternato ed in successione le camere di espansione generando un movimento vorticoso del flusso di gas in entrata in ciascuna camera di espansione e detta camera con foro di entrata aperto e foro di uscita chiuso.
2. 2) Sistema secondo la rivendicazione n. 1 caratterizzato dal fatto che i gas provenienti dal motore entrano dalla prima camera di espansione e in tutte le altre camere di espansione in successione passando dai fori posti nei setti divisori; 3) Sistema secondo la rivendicazione n. 1 e 2 caratterizzato dal fatto che i gas provenienti dal motore passando dal foro posto all’ imbocco del corpo di contenimento entrano in una prima camera di espansione ed impattano sulla turbina con conseguente movimento rotatorio della turbina, dell’ albero di turbina e delle alette poste sull’albero di turbina; 4) Sistema per l’ abbattimento del rumore per motori a scoppio a combustione interna secondo la rivendicazione da 1 a 3 caratterizzato dal fatto che le alette sono poste sul detto albero di turbina in modo tale che ruotando aprono e chiudono in modo alternato i fori presenti nei setti divisori e detto modo alternato è in grado di chiudere per ciascuna camera di espansione in sequenza il foro di uscita lasciando aperto il foro di entrata consentendo alla porzione di gas presente all’ interno della camera di espansione di effettuare un movimento rotatorio o a vortice e di scontrarsi con il gas in entrata dalla camera precedente detto incontro tra la porzione di gas in entrata e la porzione di gas che effettua il movimento rotatorio determina una opposizione di fase delle onde sonore e la conseguente riduzione del rumore per interferenza acustica distruttiva; 5) Sistema per l’ abbattimento del rumore per motori a scoppio a combustione interna secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che le interferenze acustiche distruttive delle onde sonore prodotte all’ interno di ciascuna camera di espansione sono in grado di generare riduzioni del rumore in ciascuna camera di espansione ed una riduzione globale del rumore all’ uscita dei gas dalla marmitta; 6) Sistema per l’ abbattimento del rumore per motori a scoppio a combustione interna secondo le rivendicazioni precedenti in cui il dispositivo si adatta ai giri del motore garantendo il funzionamento del sistema a qualsiasi range del motore; 7)Sistema secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che le dimensioni della turbina, dell’ albero ed il numero delle valvole possono variare al variare della potenza del motore per un più ampio range operativo. 8)Sistema secondo le rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto di poter utilizzare qualsiasi materiale che resiste a temperature elevate. 9)Sistema come da una o più delle rivendicazioni precedenti in cui la turbina può essere sovralimentata mediante l’applicazione alla detta turbina di un motorino elettrico in grado di diminuire la pressione dei gas di scarico aumentandone la velocità e migliorandone le prestazioni.