IT201900018542A1 - Motore a combustione interna provvisto di un sistema di alimentazione di un liquido operatore a base acqua presentante un dispositivo riscaldatore - Google Patents

Motore a combustione interna provvisto di un sistema di alimentazione di un liquido operatore a base acqua presentante un dispositivo riscaldatore Download PDF

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combustion engine
heat exchanger
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Antonio Zito
Antonio Barbuto
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Magneti Marelli Spa
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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA PROVVISTO DI UN SISTEMA DI ALIMENTAZIONE DI UN LIQUIDO OPERATORE A BASE ACQUA PRESENTANTE UN DISPOSITIVO RISCALDATORE”
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un motore a combustione interna provvisto di un sistema di alimentazione presentante un dispositivo riscaldatore.
La presente invenzione trova vantaggiosa applicazione ad un motore a combustione interna provvisto di un sistema di alimentazione di acqua demineralizzata che viene iniettata nelle camere di combustione, cui la trattazione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere di generalità.
ARTE ANTERIORE
Come noto, in un motore termico a combustione interna è stato proposto di alimentare nelle camere di combustione, definite all’interno dei cilindri acqua demineralizzata in aggiunta al carburante.
In un motore a combustione interna, il sistema di iniezione di acqua consiste nell’immissione di acqua nel motore tramite il condotto di aspirazione, sotto forma di spray oppure miscelato al combustibile, o direttamente in camera di combustione, al fine di raffreddare la miscela aria/combustibile incrementando la resistenza a fenomeni di detonazione. L’acqua presenta un elevato calore latente di vaporizzazione, in altre parole richiede molta energia per passare dallo stato liquido a quello gassoso. Quando l’acqua a temperatura ambiente è iniettata nel condotto di aspirazione, questa assorbe calore dall’aria in ingresso e dalle pareti metalliche, evaporando, e raffreddando quindi la carica in ingresso. Il motore aspira dunque aria più fresca, in altre parole più densa, viene migliorato il rendimento volumetrico e viene ridotta la possibilità di detonazione, inoltre è possibile iniettare più combustibile.
Durante la compressione, l’acqua presente in minuscole gocce evapora ed assorbe calore dall’aria che si sta comprimendo, raffreddandola e abbassandone la pressione.
Successivamente alla compressione avviene la combustione, e qui si ha un ulteriore effetto benefico: durante la combustione si sviluppa molto calore, che viene assorbito dall’acqua, riducendo la temperatura di picco del ciclo e riducendo di conseguenza la formazione di NOx ed il calore che devono assorbire le pareti del motore. Questa evaporazione inoltre converte parte del calore del motore (che sarebbe altrimenti andato sprecato) in pressione, data appunto dal vapore formatosi, aumentando la spinta sul pistone ed aumentando anche il flusso di energia in ingresso ad una eventuale turbina allo scarico (la turbina, inoltre, beneficerebbe della riduzione della temperatura dei gas di scarico dovuta all’assorbimento di calore da parte dell’acqua aggiuntiva).
Il sistema di alimentazione di acqua comprende un serbatoio che viene riempito con acqua demineralizzata (per evitare la formazione di incrostazioni). Normalmente, il serbatoio viene rifornito dall’esterno del veicolo oppure potrebbe anche venire rifornito sfruttando la condensa del climatizzatore, sfruttando la condensa dello scarico, o anche convogliando acqua piovana. Inoltre, il serbatoio è generalmente provvisto di un dispositivo riscaldatore elettrico (ovvero provvisto di una resistenza che genera calore per effetto Joule quando viene attraversata da corrente elettrica) che viene utilizzato per sciogliere eventuale ghiaccio quando la temperatura esterna è particolarmente rigida.
È sentita la necessità di predisporre un dispositivo riscaldatore che sia di semplice ed economica realizzazione e sia energeticamente efficiente (ovvero consumi meno energia possibile).
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è di realizzare un motore a combustione interna provvisto di un sistema di alimentazione di un liquido operatore a base acqua presentante un dispositivo riscaldatore che sia energeticamente efficiente e, nello stesso tempo, sia di facile ed economica fabbricazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un motore a combustione interna provvisto di un sistema di alimentazione di un liquido operatore a base acqua presentante un dispositivo riscaldatore, secondo quanto stabilito nelle rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo in cui:
• la figura 1 è una vista schematica di un motore a combustione interna provvisto di un sistema di alimentazione di acqua ad almeno una camera di combustione;
• la figura 2 è una vista schematica di un dispositivo riscaldatore del sistema di alimentazione di figura 1;
• la figura 3 è una vista schematica di una alternativa forma di attuazione del dispositivo riscaldatore della figura 2; e
• la figura 4 è una vista schematica di una ulteriore forma di attuazione del dispositivo riscaldatore della figura 2.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un sistema di alimentazione di un liquido 10 operatore a base acqua (in particolare acqua demineralizzata) in un motore 2 termico a combustione interna; il liquido 10 operatore a base acqua è destinato alle camere di combustione ricavate nei cilindri del motore 2 termico a combustione interna per aumentare l’efficienza della combustione e/o per incrementare la potenza generata.
Nella camera di combustione di ciascun cilindro, in seguito alla combustione, vengono generati dei gas 11 di scarico che vengono convogliati attraverso un condotto 3 di scarico (parzialmente e schematicamente illustrato nelle figure 2-4) per venire immessi nell’ambiente esterno dopo un adeguato trattamento (ad esempio in un catalizzatore).
Il sistema 1 di alimentazione comprende un serbatoio 4 in cui è contenuta una massa del liquido 10 operatore a base acqua ed una pompa 5 che pesca il liquido 10 operatore a base acqua all’interno del serbatoio 4 ed lo invia in pressione ad un condotto 6 di alimentazione. Una pluralità di iniettori 7 sono collegati ad una porzione terminale del condotto 6 di alimentazione ed iniettano il liquido 10 operatore a base acqua a bassa pressione in corrispondenti condotti di aspirazione attraverso i quali l’aria fresca viene convogliata verso i cilindri. Secondo un’altra forma di attuazione, gli iniettori 6 potrebbero iniettare il liquido 10 operatore a base acqua ad alta pressione direttamente all’interno dei cilindri (in questo caso è generalmente prevista un’ulteriore pompa di alta pressione).
Secondo un’ulteriore forma di attuazione, il liquido 10 operatore a base acqua alimentato dal sistema 1 di alimentazione viene miscelato al carburante che viene iniettato all’interno dei cilindri.
Lungo il condotto 6 di alimentazione ed immediatamente a valle della pompa 5 è disposta una valvola 8 di massima pressione, ovvero una valvola che si apre re-immettendo il liquido 10 operatore a base acqua in eccesso nel serbatoio 4 quando la pressione all’interno del condotto 6 di alimentazione supera un valore di soglia predeterminato; in sostanza, la valvola 8 di massima pressione opera come regolatore di pressione per evitare che la pressione all’interno del condotto 6 di alimentazione superi il valore di soglia predeterminato. Secondo un’alternativa e perfettamente equivalente forma di attuazione, è previsto un sensore di pressione (non mostrato) disposto a valle della pompa 5 (ad esempio in un canale comune a cui sono collegati gli iniettori 7) e la portata della pompa 5 viene regolata in retroazione per mantenere la pressione a valle della pompa 5 nell’intorno di un valore desiderato (che può anche essere variabile in funzione del punto motore); in questa forma di attuazione, la valvola 8 di massima pressione è assente oppure è presente solo per motivi di sicurezza (ovvero interviene solo in caso di errori nel controllo o in caso di malfunzionamenti).
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il sistema 1 di alimentazione comprende un dispositivo 9 riscaldatore che è accoppiato al serbatoio 4, nonché al condotto 3 di scarico, ed opera secondo le modalità descritte nel dettaglio di seguito.
Il dispositivo 9 riscaldatore comprende una camera 12 di riscaldamento che circonda una porzione del condotto 3 di scarico e comprende un’apertura 13 di ingresso, la quale è atta a ricevere aria dall’ambiente esterno ed un’apertura 14 di uscita che è disposta più in alto rispetto all’apertura 13 di ingresso. La circolazione dell’aria attraverso la camera 12 di riscaldamento può essere ottenuta mediante semplice moto convettivo, sfruttando anche la pressione generata dal moto del veicolo, e/o con l’ausilio di un ventilatore o di un aspiratore motorizzato. La camera 12 di riscaldamento è normalmente realizzata in materiale metallico per essere in grado di sopportare le temperature del condotto 3 di scarico.
La porzione del condotto 3 di scarico che si trova dentro alla camera 12 di riscaldamento riscalda l’aria che percorre la camera 12 di riscaldamento stessa; tra l‘altro il condotto 3 di scarico è realizzato in materiale metallico e presenta quindi una elevata conducibilità termica, di conseguenza, vi è una elevata trasmissione del calore dalle pareti del condotto 3 di scarico all’aria che percorre la camera 12 di riscaldamento. L’aria così riscaldata è quindi fatta fluire verso l’apertura 14 di uscita della camera 1 di riscaldamento.
Il dispositivo 9 riscaldatore comprende inoltre uno scambiatore 15 di calore, che è collegato all’apertura 14 di uscita della camera 12 di riscaldamento mediante un condotto 16 di alimentazione ed è termicamente accoppiato al serbatoio 4 (ovvero è in grado di cedere calore al serbatoio 4).
Secondo la forma di attuazione mostrata in figura 2, lo scambiatore 15 di calore comprende un corpo 17 avvolgente che è internamente cavo per contenere al suo interno il serbatoio 4; ovvero, il corpo 17 avvolgente comprende una cavità 17A che alloggia il serbatoio 4. In particolare, il corpo 17 avvolgente ha una superficie 18 inferiore ed una superficie 19 superiore, quest’ultima opposta e disposta più in alto rispetto alla superficie 18 inferiore. La superficie 18 inferiore risulta inclinata di un angolo α, ad esempio pari a 10-20°; inoltre, la superficie 18 inferiore ha una zona 18A che è collegata al condotto 16 di alimentazione mediante un’apertura 25 di ingresso, ed una zona 18B che è distale dall’apertura 25 di ingresso ed è e disposta più bassa rispetto alla zona 18A.
Il corpo 17 avvolgente avvolge completamente il serbatoio 4 ed è configurato per ricevere l’aria riscaldata in corrispondenza dell’apertura 25 di ingresso. In altre parole, in uso, sfruttando il moto verso l’alto (in particolare, dalla camera 12 di riscaldamento al corpo 17 avvolgente) dell’aria riscaldata attraverso il condotto 16 di alimentazione, il corpo 17 avvolgente riceve l’aria riscaldata; in questo modo e grazie al fatto che il serbatoio 4 è disposto dentro al corpo 17 avvolgente, l’aria riscaldata investe il serbatoio 4 e quindi avviene uno scambio termico tra l’aria riscaldata (che si raffredda) ed il liquido 10 operatore a base acqua (che si riscalda) contenuto nel serbatoio 4.
La zona 18B della superficie 18 inferiore si trova più in basso rispetto alla zona 18A della superficie 18 inferiore e quindi eventuale acqua di condensa generata durante lo scambio di calore tra l’aria riscaldata ed il liquido 10 operatore a base acqua si raccoglie per gravità nella zona 18B della superficie 18 inferiore (che funge quindi da zona di raccolta dell’acqua di condensa mantenendo l’acqua di condensa lontana dalla un’apertura 25 di ingresso che si trova nella zona 18A della superficie 18 inferiore).
Preferibilmente, la superficie 18 inferiore comprende una pluralità di fori passanti (non mostrati), i quali sono configurati per far defluire un’eventuale acqua di condensa.
Il dispositivo 9 riscaldatore comprende inoltre una valvola 20 di regolazione, la quale è interposta tra la camera 12 di riscaldamento (in particolare, l’apertura 14 di uscita) e lo scambiatore 15 di calore (in particolare, l’apertura 25 di ingresso) lungo il condotto 16 di alimentazione ed è configurata per regolare il flusso di aria riscaldata tra la camera 12 di riscaldamento e lo scambiatore 15 di calore. In particolare, l’apertura e la chiusura della valvola 20 di alimentazione sono regolate da un’unità 28 di controllo (mostrata schematicamente in figura 1) secondo le modalità descritte in maggior dettaglio in seguito.
Il dispositivo 9 riscaldatore comprende inoltre un sensore 21 di temperatura, il quale è disposto all’interno del corpo 17 avvolgente ed è configurato per rilevare la temperatura dell’aria riscaldata che si trova dentro al corpo 17 avvolgente dopo essere entrata dall’apertura 25 di ingresso. Preferibilmente, il sensore 21 di temperatura è disposto in prossimità dell’apertura 25 di ingresso.
Il dispositivo 9 riscaldatore comprende inoltre un sensore 23 di temperatura, il quale è disposto nel serbatoio 4 a contatto con il liquido 10 operatore a base acqua ed è configurato per determinare la temperatura del liquido 10 operatore a base acqua.
Secondo una forma di attuazione, in uso l’unità di controllo 28 regola un grado di apertura della valvola 20 di alimentazione in funzione della temperatura misurata dal sensore 23 di temperatura, sia per evitare la formazione di ghiaccio o per sciogliere eventuale ghiaccio presente nel serbatoio 4, sia per sottoporre il liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4 ad un trattamento termico per impedire la proliferazione di microorganismi (come verrà meglio descritto in seguito). In generale, l’unità 28 di controllo evita di riscaldare il liquido 10 operatore a base acqua nel serbatoio 4 a temperature superiore a 85-90 °C (per non danneggiare i componenti del serbatoio 4 che sono generalmente in materiale plastico). In altre parole, in uso l’unità 28 di controllo attua un controllo in retroazione che agisce sul grado di apertura della valvola 20 di alimentazione in funzione della differenza tra una temperatura desiderata dell’acqua contenuta nel serbatoio 4 ed una temperatura effettiva (misurata dal sensore 23 di temperatura) del liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4.
Secondo un’altra forma di attuazione, alternativa o aggiuntiva alla precedente, l’unità 28 di controllo regola un grado di apertura della valvola 20 di alimentazione (anche) in funzione della temperatura misurata dal sensore 21 di temperatura per ottimizzare il riscaldamento del liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4, ovvero per velocizzare il riscaldamento del liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4 senza tuttavia correre il rischio di danneggiare il serbatoio 4 o componenti del serbatoio 4. In particolare, in uso l’unità 28 di controllo attua un controllo in retroazione che agisce sul grado di apertura della valvola 20 di alimentazione in funzione della differenza tra una temperatura desiderata dell’aria riscaldata nel corpo 17 avvolgente (desiderata per ottimizzare il riscaldamento del liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4) ed una temperatura effettiva (misurata dal sensore 21 di temperatura) dell’aria riscaldata entrante nel corpo 17 avvolgente.
Il liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4 potrebbe contenere dei microorganismi (ad esempio batteri oppure spore), ovvero degli organismi viventi aventi dimensioni tali da non poter essere visti ad occhio nudo (tipicamente minori di 0,1 mm). Tali microorganismi possono proliferare nel tempo all’interno del serbatoio 4 generando delle colonie che possono, ad esempio, ostruire (parzialmente o completamente) la presa di liquido 10 operatore a base acqua della pompa 5 oppure possono venire risucchiati dalla pompa 5 e quindi inviati verso gli iniettori 7 con il rischio di intasare la pompa 5, gli eventuali filtri predisposti a valle della pompa 5, gli iniettori 7 o, se arrivano alle camere di combustione ricavate nei cilindri del motore 2 termico a combustione interna, disturbare la combustione con un potenziale degrado della prestazioni e/o un potenziale aumento nella generazione di sostanze inquinanti. In altre parole, i microorganismi che sono presenti nel liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4 con il tempo possono proliferare ed aumentare di numero, portando, ad esempio, alla formazione di alghe o biofilm sulle pareti del serbatoio 4; tali alghe o biofilm distaccandosi dalle pareti possono ostruire la presa della pompa 5 o possono anche venire risucchiati dalla pompa 5 ed arrivare quindi agli iniettori 7 e/o alle camere di combustione ricavate nei cilindri.
Secondo la presente forma di attuazione, in uso, l’unità 28 di controllo è configurata per pilotare il dispositivo 9 riscaldatore anche per riscaldare l’acqua contenuta nel serbatoio 4 ad una temperatura superiore a 60°C (preferibilmente 70°C) al fine di ottenere un trattamento termico (ovvero una sorta di sterilizzazione/pastorizzazione) del liquido 10 operatore contenuto nel serbatoio 4 (ovvero al fine di ottenere, per effetto del calore, una riduzione della concentrazione di microorganismi presenti nel liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4). È importante sottolineare che il trattamento termico che viene realizzato utilizzando il dispositivo 9 riscaldatore è una sorta di sterilizzazione (ovvero una sterilizzazione parziale, incompleta) in quanto, non potendo raggiungere temperature molto elevate (superiori ai 100 °C) per non danneggiare il serbatoio 4 o i componenti alloggiati nel serbatoio 4 stesso, al termine del trattamento termico l’acqua contenuta nel serbatoio 4 non è “sterile” nel senso medico, ma comunque ha ridotto sensibilmente la presenza di microorganismi.
In altre parole, l’unità 28 di controllo utilizza (ogni qual volta che il motore 2 a combustione interna viene accesso) il dispositivo 9 riscaldatore (inizialmente previsto solo in funzione anti-ghiaccio) per sottoporre il liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4 ad un trattamento termico finalizzato alla riduzione (per quanto possibile) di microrganismi in forma vegetativa, di germi e, con un’azione prolungata, anche di alcune spore batteriche. Prove sperimentali hanno evidenziato che riscaldando l’acqua contenuta nel serbatoio 4 a 70°C – 75 °C per almeno 2-5 minuti si può ottenere una riduzione del 90-98% della concentrazione batterica totale.
Il corpo 17 avvolgente comprende inoltre un’apertura 26 di uscita, la quale è ricavata in corrispondenza della superficie 19 superiore, è disposta più in alto dell’apertura 25 di ingresso ed è configurata per far defluire l’aria riscaldata verso l’esterno.
È inoltre previsto un filtro 27 che impegna l’apertura 26 di uscita dell’aria riscaldata e che è configurato per filtrare l’aria riscaldata in uscita dallo scambiatore di calore 15. Analogamente, potrebbe essere previsto un filtro che impegna l’apertura 13 di ingresso o è disposto a monte della apertura 13 di ingresso ed configurato per filtrare l’aria in ingresso alla camera 12 di riscaldamento.
Il dispositivo 9 riscaldatore potrebbe comprendere inoltre un aspiratore 29, il quale è disposto nel corpo 17 avvolgente, impegna l’apertura 26 di uscita del corpo 17 avvolgente ed è configurato per realizzare una circolazione forzata dell’aria riscaldata all’interno del corpo 17 avvolgente stesso; in alternativa od in aggiunta all’aspiratore 29 (come mostrato nella forma di attuazione di figura 2), il dispositivo 9 riscaldatore può comprendere un soffiatore 30, il quale è anch’esso disposto all’interno del corpo 17 avvolgente, impegna l’apertura 25 di ingresso del corpo 17 avvolgente ed è configurato per realizzare, al posto del oppure in collaborazione con l’aspiratore 29, la suddetta circolazione forzata dell’aria riscaldata nel corpo 17 avvolgente. In altre parole, l’aspiratore 29 e/o il soffiatore 30 sono configurati per favorire la circolazione dell’aria riscaldata nel corpo 17 avvolgente, ad esempio per favorire un riscaldamento uniforme del serbatoio 4 (e, quindi, del liquido 10 operatore a base acqua).
In uso, il dispositivo 9 riscaldatore opera secondo le modalità descritte di seguito.
Secondo una prima modalità, il sensore 23 di temperatura rileva la temperatura del liquido 10 operatore a base acqua contenuto nel serbatoio 4 e genera un corrispondente segnale elettrico, il quale è trasmesso all’unità 28 di controllo; qualora tale segnale elettrico sia indicativo di una temperatura del liquido 10 operatore a base acqua che è prossima alla temperatura di ghiacciamento (per l’acqua uguale od inferiore a 0°C, per una miscela di acqua ed urea uguale od inferiore a -11°C), l’unità 28 di controllo rileva che il liquido 10 operatore a base acqua è prossimo al ghiacciamento e, quindi, pilota la valvola 20 di alimentazione in modo tale da aprirla.
Contemporaneamente al rilevamento della temperatura del liquido 10 operatore a base acqua, l’aria che entra nell’apertura 13 di ingresso della camera 12 di riscaldamento viene riscaldata dal gas 11 di scarico che scorre nel condotto 3 di scarico secondo le modalità descritte in precedenza. In questo modo, l’aria nella camera 12 di riscaldamento viene riscaldata e viene convogliata verso l’apertura 14 di uscita per convezione.
Conseguentemente, l’aria riscaldata è in grado di fluire verso il corpo 17 avvolgente, in particolare attraverso l’apertura 25 di ingresso di quest’ultimo, dato che la valvola 20 di alimentazione è in posizione di apertura; in questo modo, l’aria riscaldata entra nel corpo 17 avvolgente e scambia calore con il liquido 10 operatore a base acqua nel serbatoio 4 secondo le modalità precedentemente esposte. In altre parole, l’aria riscaldata cede parte del proprio calore al liquido 10 operatore a base acqua, in modo da scaldarlo e scongelarlo.
In seguito, l’aria riscaldata, la quale ha ceduto almeno in parte il proprio calore al liquido 10 operatore a base acqua, viene convogliata verso l’apertura 26 di uscita del corpo 17 avvolgente ed attraverso il filtro 27, così da fuoriuscire dallo scambiatore 15 di calore.
Si noti che l’ingresso e l’uscita dell’aria riscaldata nel corpo 17 avvolgente può essere agevolata dall’aspiratore 29 e/o dal soffiatore 30.
L’unità 28 di controllo può chiudere la valvola 20 di alimentazione in almeno due casi.
In un primo caso, il sensore 21 di temperatura rileva la temperatura dell’aria riscaldata e genera il corrispondente segnale elettrico, il quale è trasmesso all’unità di controllo 28; qualora tale segnale elettrico sia indicativo di una temperatura dell’aria riscaldata elevata (superiore a 85-90°C), l’unità 28 di controllo pilota la valvola 20 di alimentazione per chiuderla in quanto, in tal caso, la temperatura è troppo alta perché il serbatoio 4 sia in grado di sopportarla. In altre parole, l’unità 28 di controllo pilota la chiusura della valvola 20 di alimentazione al fine di preservare l’integrità del serbatoio 4.
In alternativa, in un secondo caso, l’unità 28 di controllo pilota la chiusura della valvola 20 di alimentazione qualora il sensore 23 di temperatura rilevi una temperatura del liquido 10 operatore a base acqua (sensibilmente) maggiore della temperatura di ghiacciamento.
In tal caso, l’unità 28 di controllo determina che il liquido 10 operatore a base acqua è stato scongelato e, quindi, il sistema di alimentazione 1 può operare correttamente.
La figura 3 mostra un’altra forma di attuazione del dispositivo 9 riscaldatore che si differenzia dalla forma di attuazione illustrata nella figura 2 per la conformazione dello scambiatore 15 di calore. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 3, lo scambiatore 15 di calore comprende, al posto del corpo 17 avvolgente, un diffusore piatto 32 che è disposto sotto al serbatoio 4 ad una distanza d dal serbatoio 4 stesso (in particolare, da una superficie 24 inferiore del serbatoio 4); in particolare, il diffusore piatto 32 presenta una pluralità di aperture 33 di uscita che sono rivolte verso l’alto (in particolare verso la superficie 24 inferiore del serbatoio 4) e sono configurate per convogliare mediante convezione l’aria riscaldata verso il serbatoio 4.
In uso, lo scambiatore 9 di calore illustrato nella figura 3 opera in modo analogo a quanto descritto con riferimento alla figura 2.
In maggior dettaglio, l’aria riscaldata viene convogliata verso il diffusore piatto 32 (in particolare, attraverso l’apertura 25 di ingresso dello scambiatore 15 di calore) mediante il condotto 16 di alimentazione e, successivamente, fatta uscire attraverso la pluralità di aperture 33 di uscita; in questo modo, l’aria riscaldata viene diffusa dal diffusore piatto 32 verso il serbatoio 4, e, sfruttando il moto verso l’alto dell’aria riscaldata, il serbatoio 4 (e, quindi, il liquido 10 operatore a base acqua contenuto del serbatoio 4) viene riscaldato in modo analogo a quanto discusso per la forma di attuazione di figura 2.
Secondo la forma di attuazione di figura 3, l’apertura e la chiusura della valvola 20 di alimentazione è regolata unicamente dal rilevamento di temperatura effettuato dal sensore 23 di temperatura; pertanto, l’unità di controllo 28 pilota la valvola 20 di alimentazione sulla base dei segnali elettrici inviati dal sensore 23 di temperatura e relativi alla temperatura del liquido 10 operatore a base acqua, in modo analogo a quanto descritto con riferimento alla forma di attuazione di figura 2.
La figura 4 mostra un’ulteriore forma di attuazione del dispositivo 9 riscaldatore che si differenzia dalla forma di attuazione illustrata nella figura 2 per la conformazione dello scambiatore 15 di calore. Nella forma di attuazione illustrata nella figura 3, lo scambiatore 15 di calore comprende, al posto del corpo 17 avvolgente, un corpo 36 tubolare che è avvolto a serpentina attorno al serbatoio 4 (e, pertanto, parzialmente a contatto con questo) ed è configurato per ricevere, in corrispondenza dell’apertura 25 di ingresso, l’aria riscaldata proveniente dalla camera 12 di riscaldamento.
In uso, il dispositivo 9 riscaldatore di figura 4 opera in modo analogo a quanto discusso con riferimento al dispositivo 9 riscaldatore della forma di attuazione di figura 2.
Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il serbatoio 4 contiene, come liquido 10 a base acqua, acqua demineralizzata che viene iniettata nelle camere di combustione ricavate nei cilindri del motore 2 termico a combustione interna per aumentare l’efficienza della combustione e/o per incrementare la potenza generata.
Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, il serbatoio 4 contiene, come liquido 10 operatore a base acqua, una soluzione acquosa di urea (ovvero un liquido operatore a base acqua contenente urea) che viene iniettata lungo il condotto 3 di scarico a monte di un catalizzatore SCR.
Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione
Il presente dispositivo 9 riscaldatore ha diversi vantaggi.
In primo luogo, il dispositivo 9 riscaldatore sopra descritto consente di evitare il congelamento del liquido 10 operatore a base acqua sfruttando il calore fornito dai gas 11 di scarico fluenti nel condotto 3 di scarico; infatti, lo scambio termico tra il gas 11 di scarico e l’aria entrante nella camera 12 di riscaldamento permette il riscaldamento dell’aria stessa, la quale, a sua volta, una volta fatta confluire nello scambiatore 15 di calore, riscalderà il liquido 10 operatore a base acqua, aumentandone la temperatura. In altre parole, il presente dispositivo 9 riscaldatore consente di sfruttare efficacemente il calore dei gas 11 di scarico per garantire il corretto funzionamento del sistema 1 di alimentazione e, quindi, del motore 2 termico a combustione interna.
Inoltre, il presente dispositivo 9 riscaldatore è di semplice ed economica realizzazione.
ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE
1 sistema di alimentazione
2 motore termico a combustione interna
3 condotto di scarico
4 serbatoio
5 pompa
6 condotto di alimentazione
7 iniettori
8 valvola di massima pressione
9 dispositivo riscaldatore
10 liquido operatore a base acqua
11 gas di scarico
12 camera di riscaldamento
13 apertura di ingresso
14 apertura di uscita
15 scambiatore di calore
16 condotto di alimentazione
17 corpo avvolgente
17A porzione cava
18 superficie inferiore
18A zona
18B zona
19 superficie superiore
20 valvola di regolazione
21 sensore di temperatura
23 sensore di temperatura
24 superficie inferiore
25 apertura di ingresso
26 apertura di uscita
27 filtro
28 unità di controllo
29 aspiratore
30 soffiatore
32 diffusore piatto
33 pluralità di aperture di uscita 36 corpo tubolare
d distanza

Claims (14)

  1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Motore (2) a combustione interna comprendente: almeno un cilindro provvisto di una camera di combustione in cui, in seguito alla combustione, vengono generati dei gas (11) di scarico; un condotto (3) di scarico che viene attraversato dai gas (11) di scarico provenienti dalla camera di combustione; ed un sistema (1) di alimentazione di un liquido operatore a base acqua comprendente: un serbatoio (4) atto a contenere una quantità di un liquido operatore a base acqua ed un dispositivo (9) riscaldatore che è accoppiato al serbatoio (4) ed è atto a riscaldare il liquido operatore a base acqua contenuto nel serbatoio (4) stesso; il motore (2) a combustione interna è caratterizzato dal fatto che il dispositivo (9) riscaldatore comprende: una camera (12) di riscaldamento, la quale circonda una porzione del condotto (3) di scarico, comprende un’apertura (13) di ingresso atta a ricevere aria dall’ambiente esterno, è configurata per permettere il trasferimento di calore dalle pareti del condotto (3) di scarico all’aria ricevuta dall’ambiente esterno, e comprende un’apertura (14) di uscita per l’aria riscaldata; ed uno scambiatore (15) di calore che riceve l’aria riscaldata dall’apertura (14) di uscita della camera (12) di riscaldamento ed è accoppiato termicamente al serbatoio (4) per cedere parte del calore posseduto dall’aria riscaldata al liquido (10) operatore a base acqua contenuto nel serbatoio (4).
  2. 2) Motore (2) a combustione interna secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo (9) riscaldatore comprende una valvola (20) di regolazione che è interposta tra la camera (12) di riscaldamento e lo scambiatore (15) di calore ed è atta a regolare il flusso di aria riscaldata tra la camera (12) di riscaldamento e lo scambiatore (15) di calore.
  3. 3) Motore (2) a combustione interna secondo la rivendicazione 2, in cui: il dispositivo (9) riscaldatore comprende un primo sensore (21) di temperatura atto a misurare la temperatura dell’aria riscaldata entrante nello scambiatore (15) di calore; e la valvola (20) di alimentazione regola il flusso di aria riscaldata tra la camera (12) di riscaldamento e lo scambiatore (15) di calore in funzione della temperatura dell’aria riscaldata rilevata dal primo sensore (21) di temperatura.
  4. 4) Motore (2) a combustione interna secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui: il serbatoio (4) è provvisto di un secondo sensore (23) di temperatura atto a misurare una temperatura del liquido (10) operatore a base acqua contenuto nel serbatoio (4); e la valvola (20) di alimentazione regola il flusso di aria riscaldata tra la camera (12) di riscaldamento e lo scambiatore (15) di calore in funzione della temperatura dell’aria riscaldata rilevata dal secondo sensore (23) di temperatura.
  5. 5) Motore (2) a combustione interna secondo a rivendicazione 2, 3 o 4, in cui il dispositivo (9) riscaldatore comprende un condotto (16) di alimentazione che collega l’apertura (14) di uscita della camera di riscaldamento ad una apertura (25) di ingresso dello scambiatore (15) di calore ed è provvisto della valvola (20) di alimentazione.
  6. 6) Motore (2) a combustione interna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui lo scambiatore (15) di calore comprende un corpo (17) avvolgente internamente cavo che circonda il serbatoio (4) ed al cui interno viene fatta circolare l’aria riscaldata proveniente dalla camera (12) di riscaldamento.
  7. 7) Motore (2) a combustione interna secondo la rivendicazione 6, in cui il corpo (17) avvolgente presenta una parete (18) inferiore provvista di una apertura (25) di ingresso dell’aria riscaldata ed una parete (19) superiore provvista di una apertura (26) di uscita dell’aria riscaldata.
  8. 8) Motore (2) a combustione interna secondo la rivendicazione 7, in cui la parete (18) inferiore del corpo (17) avvolgente è inclinata rispetto all’orizzontale e presenta una zona (18A) più alta in cui è ricavata l’apertura (25) di ingresso dell’aria riscaldata ed una zona (18B) più bassa distale dalla apertura (25) di ingresso dell’aria riscaldata.
  9. 9) Motore (2) a combustione interna secondo la rivendicazione 8, in cui la zona (18B) più bassa della parete (18) inferiore comprende una pluralità di fori atti a defluire una eventuale acqua di condensa.
  10. 10) Motore a combustione interna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui lo scambiatore (15) di calore comprende un diffusore (32) piatto che è disposto sotto al serbatoio (4) ad una distanza (d) non nulla dal serbatoio (4) stesso e presenta una pluralità di aperture (33) di uscita rivolte verso l’alto.
  11. 11) Motore (2) a combustione interna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui lo scambiatore (15) di calore comprende un condotto (36) tubolare che è avvolto a serpentina attorno al serbatoio (4).
  12. 12) Motore (2) a combustione interna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui: lo scambiatore (15) di calore presenta una apertura (25) di ingresso dell’aria riscaldata ed una apertura (26) di uscita dell’aria riscaldata; e lo scambiatore (15) di calore comprende almeno un filtro (27) aria che impegna l’apertura (26) di uscita dell’aria riscaldata per filtrare l’aria riscaldata in uscita dallo scambiatore (15) di calore.
  13. 13) Motore (2) a combustione interna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui: lo scambiatore (15) di calore presenta una apertura (25) di ingresso dell’aria riscaldata ed una apertura (26) di uscita dell’aria riscaldata disposta più in alto della apertura (25) di ingresso; lo scambiatore (15) di calore è disposto più in alto della camera (12) di riscaldamento; e l’apertura (26) di uscita della camera (12) di riscaldamento è disposta più in alto della apertura (25) di ingresso della camera (12) di riscaldamento.
  14. 14) Motore (2) a combustione interna secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il dispositivo (9) riscaldatore comprende un aspiratore (29) e/o un soffiatore (30) atti a realizzare una circolazione forzata dell’aria dalla camera (12) di riscaldamento allo scambiatore (15) di calore.
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