IT202100001892A1 - Dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?DISPOSITIVO RISCALDATORE PER UN SISTEMA DI SCARICO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA?
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna.
ARTE ANTERIORE
Un sistema di scarico di un motore a combustione interna comprende un condotto di scarico lungo il quale ? installato almeno un dispositivo di trattamento dei gas di scarico provenienti dal motore a combustione interna; in particolare ? sempre previsto un catalizzatore (ossidante o riducente) a cui si pu? aggiungere un filtro antiparticolato. Il catalizzatore per funzionare (cio? per realizzare la conversione catalitica) richiede di operare ad una temperatura di esercizio relativamente elevata (un moderno catalizzatore lavora a temperature prossime anche agli 800?C) in quanto le reazioni chimiche di conversione di idrocarburi incombusti, ossidi di azoto e monossido di carbonio in anidride carbonica, acqua e azoto avvengono solo una volta che ? stata raggiunta la temperatura di lavoro.
Durante una fase di avviamento a freddo (cio? quando il motore a combustione interna viene accesso dopo una sosta prolungata per effetto della quale la temperatura delle varie componenti del motore a combustione interna ? arrivata alla temperatura ambiente), la temperatura del catalizzatore rimane per un tempo relativamente lungo (anche alcuni minuti in inverno e durante un percorso cittadino lungo il quale il motore a combustione interna gira sempre al minimo o quasi) molto al di sotto della temperatura di esercizio. Di conseguenza, durante la fase di avviamento a freddo, cio? durante il periodo di tempo in cui il catalizzatore non ha ancora raggiunto la sua temperatura di esercizio, le emissioni inquinanti in uscita sono elevate perch? l'effetto di purificazione del catalizzatore ? nullo o comunque poco efficace.
Per velocizzare il raggiungimento della temperatura di esercizio del catalizzatore, i documenti brevettuali EP0631039A1, WO2012139801A1 e US8006487B2 propongono di installare lungo il condotto di scarico un dispositivo riscaldatore che bruciando del carburante genera un flusso di aria (molto) calda che attraversa il catalizzatore. In particolare il dispositivo riscaldatore comprende una camera di combustione che ? collegata in uscita al condotto di scarico (immediatamente a monte del catalizzatore) ed ? collegata in ingresso ad un ventilatore che genera un flusso di aria che attraversa la camera di combustione; nella camera di combustione sono disposti anche un iniettore di carburante che inietta del carburante che si miscela con l?aria ed una candela che scocca ciclicamente delle scintille per accedere la miscela aria-carburante in modo da ottenere la combustione che riscalda l?aria stessa.
Nei dispositivi riscaldatori noti, la combustione del carburante non ? sempre completa in tutte le condizioni di funzionamento e quindi pu? accadere (particolarmente quando si inietta una elevata quantit? di carburante per sviluppare una grande quantit? di calore) che del carburante incombusto arrivi nel condotto di scarico e bruci all?interno del condotto di scarico determinando localmente degli innalzamenti di temperatura improvvisti, imprevisti ed indesiderati.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione ? fornire un dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna, il quale dispositivo riscaldatore permetta di ottenere una combustione completa del carburante (ovvero senza immettere nel condotto di scarico del carburante incombusto) e, inoltre, sia di facile ed economica realizzazione.
Secondo la presente invenzione viene fornito un dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione preferite della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verr? ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativo, in cui:
? la figura 1 ? una vista schematica e parziale di un sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo riscaldatore realizzato in accordo con la presente invenzione;
? la figura 2 ? una vista schematica, in sezione longitudinale e con parti asportate per chiarezza del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 3 ? una vista in scala ingrandita di un particolare della figura 2;
? la figura 4 ? una vista in scala ingrandita di un particolare della figura 2 secondo una diversa forma di attuazione;
? le figure 5 e 6 sono due viste schematiche di alternative forme di attuazione di uno spruzzo di carburante generato da un iniettore di carburante del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 7 ? una vista schematica di una candela del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 8 ? una vista schematica degli elettrodi della candela della figura 5 con in evidenza delle possibili direzioni di uno spruzzo di carburante emesso da un iniettore di carburante;
? le figure 9 e 10 sono due viste schematiche di alternative forme di attuazione degli elettrodi della candela della figura 7 con in evidenza delle possibili direzioni di uno spruzzo di carburante emesso da un iniettore di carburante; e
? la figura 11 ? una vista in scala ingrandita di un particolare della figura 2 secondo una ulteriore forma di attuazione.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL?INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 ? indicato nel suo complesso un sistema di scarico di un motore 2 a combustione interna.
Il sistema 1 di scarico comprende un condotto 3 di scarico che si origina da un collettore di scarico del motore 2 a combustione interna e termina con un silenziatore 4 dal quale i gas di scarico vengono immessi nell?atmosfera. Lungo il condotto 3 di scarico ? installato almeno un dispositivo 5 di trattamento dei gas di scarico provenienti dal motore a combustione interna; in particolare ? sempre previsto un catalizzatore (ossidante o riducente) a cui si pu? aggiungere un filtro antiparticolato. Il catalizzatore per funzionare (cio? per realizzare la conversione catalitica) richiede di operare ad una temperatura di esercizio relativamente elevata (un moderno catalizzatore lavora a temperature prossime anche agli 800?C) in quanto le reazioni chimiche di conversione di idrocarburi incombusti, ossidi di azoto e monossido di carbonio in anidride carbonica, acqua e azoto avvengono solo una volta che ? stata raggiunta la temperatura di lavoro.
Per velocizzare il riscaldamento del dispositivo 5 di trattamento, ovvero per permettere al dispositivo 5 di trattamento di raggiungere pi? velocemente la propria temperatura di esercizio, il sistema 1 di scarico comprende un dispositivo 6 riscaldatore che bruciando del carburante genera un flusso di aria (molto) calda che attraversa il dispositivo 5 di trattamento.
Il dispositivo 6 riscaldatore comprende una camera 7 di combustione che ? collegata in uscita al condotto 3 di scarico (immediatamente a monte del dispositivo 5 di trattamento) ed ? collegata in ingresso ad un ventilatore 8 (ovvero ad una pompa di aria) che genera un flusso di aria che attraversa la camera 7 di combustione; nella camera 7 di combustione sono disposti anche un iniettore 9 di carburante che inietta del carburante che si miscela con l?aria ed una candela 10 che scocca ciclicamente delle scintille per accedere la miscela aria-carburante in modo da ottenere la combustione che riscalda l?aria stessa. La camera 7 di combustione del dispositivo 6 riscaldatore termina con un condotto 11 di uscita che si innesta nel condotto 3 di scarico (immediatamente a monte del dispositivo 5 di trattamento).
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un corpo 12 tubolare (ad esempio di forma cilindrica ed avente una sezione trasversale circolare oppure ellittica) presentante un asse 13 longitudinale; il corpo 12 tubolare ? delimitato alle due estremit? da due pareti 14 e 15 di base tra loro opposte ed ? delimitato lateralmente da una parete 16 laterale che collega tra loro le due pareti 14 e 15 di base. La parete 14 di base ? centralmente forata per alloggiare l?iniettore 9 di carburante che ? montato coassialmente al corpo 12 tubolare (ovvero coassialmente all?asse 13 longitudinale); in altre parole, l?iniettore 9 di carburante ? montato attraverso la parete 14 di base del corpo 12 tubolare per iniettare del carburante nella camera 7 di combustione. Analogamente, la parete 15 di base ? centralmente forata per innestarsi con il condotto 11 di uscita che termina nel condotto 3 di scarico; ovvero la parete 15 di base presenta una apertura 17 di uscita di aria calda dalla camera 7 di combustione da cui si origina il condotto 11 di uscita.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, attraverso il corpo 12 tubolare ? ricavata (almeno) una apertura 18 di ingresso che ? collegata al ventilatore 8 mediante un condotto 19 di ingresso (illustrato nella figura 1) per ricevere un flusso di aria che ? diretto nella camera 7 di combustione e si miscela con il carburante iniettato dall?iniettore 9 di carburante. Preferibilmente, l?aria entra nella apertura 18 di ingresso con un flusso orientato tangenzialmente (rispetto al corpo 12 tubolare), ovvero il condotto 19 di ingresso ? orientato tangenzialmente (rispetto al corpo 12 tubolare).
Secondo una possibile (ma non vincolante) forma di attuazione illustrata nella figura 1, in corrispondenza della apertura 18 di ingresso ? disposta una valvola 20 di non ritorno che permette un flusso di aria solo verso la camera 7 di combustione (cio? in ingresso al corpo 12 tubolare). Preferibilmente, la valvola 20 di non ritorno ? passiva (cio? non comprende attuatori elettrici, idraulici o pneumatici che generano un movimento), ? comandata in pressione, e si apre solo quando una pressione a monte della valvola 20 di non ritorno ? superiore ad una pressione a valle della valvola 20 di non ritorno. La funzione della valvola 20 di non ritorno ? di impedire che quando il dispositivo 6 riscaldatore non ? utilizzato (quindi quando il ventilatore 8 ? spento) dei gas di scarico possano risalire fino ad uscire dalla apertura 18 di ingresso e quindi disperdersi nell?ambiente senza attraversare il dispositivo 5 di trattamento. In alternativa, la valvola 20 di non ritorno potrebbe essere montata lungo il condotto 11 di uscita, ad esempio in corrispondenza della apertura 17 di uscita; in questo caso, la valvola 20 di non ritorno permette un flusso di aria solo in uscita dalla camera 7 di combustione (in uscita dal corpo 12 tubolare) verso il condotto 3 di scarico, ovvero impedisce un flusso di gas di scarico dal condotto 3 di scarico verso la camera 7 di combustione (in ingresso al corpo 12 tubolare).
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un canale 21 di alimentazione che riceve l?aria dalla apertura 18 di ingresso, circonda una porzione terminale dell?iniettore 9 di carburante, e termina con un ugello 22 disposto attorno ad un punto di iniettata dell?iniettore 9 di carburante (ovvero attorno ad un naso dell?iniettore 9 di carburante da cui fuoriesce il carburante).
La candela 10 ? montata attraverso la parete 16 laterale del corpo 12 tubolare per innescare la combustione di una miscela di aria e carburante che si genera per effetto della miscelazione dell?aria che entra nel corpo 12 tubolare dalla apertura 18 di ingresso e viene immessa nella camera 7 di combustione dall?ugello 22 del canale 21 di alimentazione e del carburante che viene iniettato nella camera 7 di combustione dall?iniettore 9 di carburante. In particolare, la parete 16 laterale del corpo 12 tubolare presenta un foro passante orientato radialmente (ovvero perpendicolarmente all?asse 13 longitudinale) al cui interno viene montata (avvitata) la candela 10 (che ovviamente ? orientata radialmente).
Il dispositivo 6 riscaldatore comprende un miscelatore 23 statico (cio? privo di parti in movimento), il quale ? conformato a corona circolare, ? disposto lungo il canale 21 di alimentazione ed attorno all?iniettore 9 di carburante, ed ? configurato per generare delle turbolenze, in particolare un moto vorticoso, nell?aria che fluisce verso l?ugello 22.
Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, a valle del miscelatore 23 statico il canale 21 di alimentazione presenta una riduzione progressiva dell?area della sezione trasversale in modo tale da determinare un aumento della velocit? dell?aria. In particolare, a valle del miscelatore 23 statico, il canale 21 di alimentazione presenta una porzione iniziale avente l?area della sezione trasversale costante, una porzione intermedia avente l?area della sezione trasversale progressivamente decrescente, ed una porzione finale avente l?area della sezione trasversale costante fino all?ugello 22.
Il canale 21 di alimentazione ? delimitato esternamente da un corpo 24 tubolare esterno (almeno parzialmente conico) ed ? delimitato internamente da un corpo 25 tubolare interno (almeno parzialmente conico) che circonda l?iniettore 9 di carburante e contiene al proprio interno l?iniettore 9 di carburante (ovvero funge da contenitore per la parte terminale dell?iniettore 9 di carburante). Ovvero il canale 21 di alimentazione ? definito tra il corpo 25 tubolare interno ed il corpo 24 tubolare esterno. In particolare, i due corpi 24 e 25 tubolari alternano porzioni coniche (cio? presentanti una forma convergente che diminuisce progressivamente la propria dimensione) a porzioni cilindriche (cio? presentanti una forma di dimensione costante); preferibilmente, la parte terminale del corpo 25 tubolare interno presenta una conicit? convergente (ovvero che riduce progressivamente la propria dimensione verso l?ugello 22) mentre la parte terminale del corpo 24 tubolare esterno presenta una forma cilindrica.
Secondo una preferita forma di attuazione, l?aria entra nel canale 21 di alimentazione con un flusso orientato tangenzialmente in modo tale da presentare un andamento vorticoso (incrementato successivamente dall?azione del miscelatore 23 statico) che favorisce la miscelazione con il carburante iniettato dall?iniettore 9 di carburante; in altre parole, l?immissione dell?aria comburente nella camera 7 di combustione attraverso un condotto diretto tangenzialmente alla camera 7 di combustione permette di imprimere un moto circolare al flusso dell?aria comburente (ulteriormente enfatizzato dalla presenza del miscelatore 23 statico) in modo tale da ottimizzare la miscelazione aria/combustibile all?interno della camera 7 di combustione.
Secondo quanto illustrato nella figura 3, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare almeno 80% (e preferibilmente almeno 90-95%) del carburante contro una superficie 26 interna del canale 21 di alimentazione; ovvero l?iniettore 9 di carburante non indirizza il carburante direttamente all?esterno del canale 21 di alimentazione, ma invece indirizza il carburante contro la superficie 26 interna del canale 21 di alimentazione in modo tale che il carburante che esce dall?iniettore 9 di carburante impatti preliminarmente contro la superficie 26 interna prima di uscire dal canale 21 di alimentazione attraverso l?ugello 22. L?impatto del carburante contro la superficie 26 interna permette di polverizzare in modo molto efficace le goccioline di carburante emesse dall?iniettore 9 di carburante ed in questo modo viene decisamente migliorata la miscelazione del carburante con l?aria che fluisce lungo il canale 21 di alimentazione; un miglioramento della miscelazione tra aria e carburante garantisce una combustione ottimale e soprattutto completa del carburante evitando quindi che una parte del carburante incombusto possa uscire dalla camera 7 di combustione.
Secondo una preferita forma di attuazione, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per emettere uno spruzzo (getto) 27 di carburante avente una forma conica centralmente cava, ovvero presentante una sezione trasversale conformata come una corona circolare in cui il carburante si concentra nella periferia; in particolare, secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 3, una superficie esterna dello spruzzo 27 di carburante presenta un angolo ? di apertura di circa 70? (ad esempio compreso tra 65? e 75?) ed una superficie interna dello spruzzo 27 di carburante presenta un angolo ? di apertura di circa 50? (ad esempio compreso tra 45? e 55?). In altre parole, l?iniettore 9 di carburante genera uno spruzzo 27 di carburante avente una forma conica (con il vertice del cono disposto in prossimit? dell?ugello di iniezione) e presentante centralmente un buco (ovvero una zona priva di carburante) sempre di forma conica (con il vertice del cono disposto in prossimit? dell?ugello di iniezione); quindi, lo spruzzo 27 di carburante generato dall?iniettore 9 di carburante ha la forma di un mantello conico per effetto della presenza del buco centrale, ovvero ha una forma conica internamente cava.
E? importante osservare che quando viene detto che lo spruzzo 27 di carburante generato dall?iniettore 9 di carburante ha la forma di un mantello conico (ovvero ha una forma conica internamente cava) si intende che la grande maggioranza del carburante che fuoriesce dall?iniettore 9 di carburante si distribuisce nello spazio dentro ad un mantello conico, ma una piccola (residuale) parte del carburante pu? distribuirsi diversamente. Inoltre, a seconda di come ? realizzata l?apertura di uscita del carburante, lo spruzzo 27 di carburante che fuoriesce dall?iniettore 9 di carburante pu? avere una distribuzione pi? simmetrica attorno all?asse 13 longitudinale (come illustrato nella figura 5) oppure una distribuzione meno simmetrica attorno all?asse 13 longitudinale (come illustrato nella figura 6). In particolare, lo spruzzo 27 di carburante che fuoriesce dall?iniettore 9 di carburante presenta la conformazione illustrata nella figura 5 quando l?iniettore 9 di carburante ? di tipo ?swirl? mentre lo spruzzo 27 di carburante che fuoriesce dall?iniettore 9 di carburante presenta la conformazione illustrata nella figura 6 quando l?iniettore 9 di carburante ? di tipo ?multihole? (nella figura 5 ? previsto un iniettore 9 di carburante di tipo ?multihole? con sei fori di uscita, ma il numero di fori di uscita potrebbe essere diverso).
Secondo una preferita forma di attuazione, l?iniettore 9 di carburante ? di tipo ?swirl?, ovvero imprime al carburante iniettata un moto vorticoso di tipo rotativo (ovvero un moto vorticoso in cui il carburante ruota attorno all?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare).
Come detto in precedenza, il canale 21 di alimentazione ? delimitato esternamente dal corpo 24 tubolare esterno (presentante la superficie 26 interna del canale 21 di alimentazione) ed ? delimitato internamente dal corpo 25 tubolare interno che circonda l?iniettore 9 di carburante e contiene al proprio interno l?iniettore 9 di carburante.
Secondo quanto illustrato nella figura 3, il corpo 24 tubolare esterno comprende una porzione 28 conica che riduce la propria dimensione verso l?ugello 22; inoltre, secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il corpo 24 tubolare esterno comprende anche una porzione 29 cilindrica che ? disposta a valle della porzione 28 conica e termina con l?ugello 22. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, Il corpo 24 tubolare esterno ? privo della porzione 29 cilindrica e quindi comprende solo la porzione 28 conica. Secondo una ulteriore forma di attuazione non illustrata, la porzione 29 cilindrica potrebbe venire sostituita da una ulteriore porzione conica avente una conicit? (convergenza) inferiore rispetto ad una conicit? (convergenza) della porzione 28 conica.
Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare almeno parte del carburante contro la porzione 29 cilindrica (o contro l?ulteriore porzione conica) del corpo 24 tubolare esterno; in particolare, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare la maggior parte (quasi la totalit?) del carburante contro la porzione 29 cilindrica (o contro l?ulteriore porzione conica) del corpo 24 tubolare esterno. Secondo una diversa forma di attuazione, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare almeno parte del carburante contro la porzione 29 cilindrica (o contro l?ulteriore porzione conica) del corpo 24 tubolare esterno ed almeno parte del carburante contro la porzione 28 conica del corpo 24 tubolare esterno; ad esempio, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare circa met? del carburante contro la porzione 28 conica del corpo 24 tubolare esterno e circa met? del carburante contro la porzione 29 cilindrica (o contro l?ulteriore porzione conica) del corpo 24 tubolare esterno. Secondo una ulteriore forma di attuazione, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare almeno parte del carburante contro la porzione 28 conica del corpo 24 tubolare esterno; in particolare, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare la maggior parte (quasi la totalit?) contro la porzione 28 conica del corpo 24 tubolare esterno.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, una distanza X assiale (ovvero misurata lungo l?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare) tra il naso dell?iniettore 9 di carburante da cui fuoriesce il carburante (ovvero il punto di iniettata dell?iniettore 9 di carburante) ed un asse 30 longitudinale della candela 10 ? compresa tra il 33% ed il 100% di un diametro D interno del corpo 12 tubolare (ovvero del diametro D della camera 7 di combustione); preferibilmente, la distanza X assiale ? compresa tra il 50% ed il 100% del diametro D interno del corpo 12 tubolare ed in particolare la distanza X assiale ? compresa tra il 60% ed il 90% del diametro D interno del corpo 12 tubolare. E? importante osservare che preferibilmente il corpo 12 tubolare presenta una sezione trasversale circolare e quindi non ci sono dubbi su come debba venire misurato il diametro D interno del corpo 12 tubolare per valutare la distanza X assiale; se invece il corpo 12 tubolare presentasse una sezione trasversale ellittica allora come diametro D interno del corpo 12 tubolare per valutare la distanza X assiale verrebbe considerata la dimensione maggiore.
Secondo quanto illustrato nelle figure 7 e 8, la candela 10 presenta un singolo elettrodo 31 interno ed un singolo elettrodo 32 esterno; secondo le varianti illustrate nelle figure 9 e 10, la candela 10 presenta un singolo elettrodo 31 interno e due elettrodi 32 esterni (figura 9) oppure un singolo elettrodo 31 interno e quattro elettrodi 32 esterni (figura 10); secondo una ulteriore variante non illustrata potrebbero essere presenti tre elettrodi 32 esterni.
Secondo quanto illustrato nella figura 4, il corpo 24 tubolare esterno presenta una apertura 33 passante (ovvero una feritoia) attraverso la quale il naso dell?iniettore 9 di carburante da cui fuoriesce il carburante (ovvero il punto di iniettata dell?iniettore 9 di carburante) vede direttamente gli elettrodi 31 e 32 della candela 10. Grazie alla presenza della apertura 33 passante una limitata parte 34 dello spruzzo 27 di carburante che viene emesso dall?iniettore 9 di carburante non impatta contro il corpo 24 tubolare esterno, ma attraversa il corpo 24 tubolare esterno fino ad arrivare direttamente sugli elettrodi 31 e 32 della candela 10. In altre parole, grazie alla presenza della apertura 33 passante, la limitata parte 34 dello spruzzo 27 di carburante ?bagna? direttamente gli elettrodi 31 e 32 della candela 10 per creare attorno agli elettrodi 31 e 32 della candela 10 un eccesso localizzato di carburante (ovvero una miscela localmente pi? ricca) che favorisce l?innesco della fiamma e quindi favorisce una veloce propagazione della fiamma a tutto il resto della miscela. Secondo quanto illustrato nella figura 4, l?apertura 33 passante ? conformata come una feritoia, ovvero presenta una dimensione circonferenziale maggiore di una dimensione assiale; preferibilmente, la dimensione circonferenziale della apertura 33 passante ? angolarmente compresa tra 30? e 60?.
Secondo quanto illustrato nelle figure 8, 9 e 10, l?elettrodo 32 esterno (o gli elettrodi 32 esterni) della candela 10 ? orientato in modo tale da non ostacolare (intercettare) la limitata parte 34 dello spruzzo 27 di carburante che avanza verso l?elettrodo 31 interno; ovvero l?elettrodo 32 esterno (o gli elettrodi 32 esterni) della candela 10 ? orientato in modo tale da non mettere in ombra (schermare) l?elettrodo 31 interno rispetto alla limitata parte 34 dello spruzzo 27 di carburante. Di conseguenza, la scintilla che si genera tra i due elettrodi 31 e 32 non ? in ombra (schermata) dall?elettrodo 32 esterno rispetto alla limitata parte 34 dello spruzzo 27 di carburante. Nelle figure 8 e 9, sono illustrati sia delle parti 34 dello spruzzo 27 di carburante che presentano una orientazione corretta rispetto all?elettrodo 32 (ovvero che non vengono schermate dall?elettrodo 32), sia delle parti 34 dello spruzzo 27 di carburante che presentano una orientazione scorretta rispetto all?elettrodo 32 (ovvero che vengono schermate dall?elettrodo 32) e per tale motivo sono ?cancellate? mediante una ?X?.
Nelle forme di attuazione illustrate nelle figure 3 e 4, lo spruzzo 27 di carburante emesso dall?iniettore 9 di carburante ? perfettamente simmetrico rispetto all?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare (e dell?iniettore 9 di carburante); ovvero, l?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare coincide con un asse 35 centrale di simmetria dello spruzzo 27 di carburante. Invece, nella forma di attuazione illustrata nella figura 11, lo spruzzo 27 di carburante emesso dall?iniettore 9 di carburante ? asimmetrico rispetto all?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare (e dell?iniettore 9 di carburante) e quindi lo spruzzo 27 di carburante ? inclinato verso gli elettrodi 31 e 32 della candela 10; ovvero, l?asse 35 centrale di simmetria dello spruzzo 27 di carburante forma un angolo ? (non nullo) con l?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare. Secondo una preferita forma di attuazione, l?asse 35 centrale di simmetria dello spruzzo 27 di carburante ? inclinato verso gli elettrodi 31 e 32 della candela 10 per formare con l?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare l?angolo ? avente una ampiezza compresa tra 5? e 20? e preferibilmente pari a circa 13-15?. Inclinare lo spruzzo 27 di carburante verso gli elettrodi 31 e 32 della candela 10 permette di creare attorno agli elettrodi 31 e 32 della candela 10 un eccesso localizzato di carburante (ovvero una miscela localmente pi? ricca) che favorisce l?innesco della fiamma e quindi favorisce una veloce propagazione della fiamma a tutto il resto della miscela.
Secondo una preferita forma di attuazione, il dispositivo 6 riscaldatore comprende una unit? 36 di controllo (schematicamente illustrata nella figura 1) che ? configurata per controllare tutto il funzionamento del dispositivo 6 riscaldatore, ovvero per pilotare il ventilatore 8, l?iniettore 9, e la candela 10, in modo coordinato per raggiungere nel modo pi? efficiente ed efficace possibile l?obiettivo desiderato (ovvero riscaldare rapidamente il dispositivo 5 di trattamento senza danneggiare per eccesso di temperatura il dispositivo 5 di trattamento stesso).
Secondo una possibile forma di attuazione illustrata nella figura 1, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un sensore 37 di temperatura che ? disposto lungo il condotto 11 di uscita per misurare la temperatura dell?aria calda che fluisce attraverso il condotto 11 di uscita; in alternativa, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un sensore 38 di temperatura che ? disposto lungo il condotto 3 di scarico a valle del punto di innesto del condotto 11 di uscita (ed a monte del dispositivo 5 di trattamento) per misurare la temperatura della miscela di gas di scarico ed aria calda che fluisce attraverso il condotto 3 di scarico. Generalmente ? presente solo uno dei due sensori 37 e 38 di temperatura, anche se in particolari applicazioni potrebbero essere presenti entrambi i sensori 37 e 38 di temperatura. L?unit? 36 di controllo sfrutta le lettura del sensore 37 o 38 di temperatura per controllare (eventualmente in retroazione) la combustione nella camera 7 di combustione in modo tale da riscaldare velocemente il dispositivo 5 di trattamento senza danneggiare per eccesso di temperatura il dispositivo 5 di trattamento stesso.
Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.
Il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto presenta numerosi vantaggi.
In primo luogo, il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto permette di ottenere in tutte le condizioni di funzionamento (particolarmente quando si inietta una elevata quantit? di carburante per sviluppare una grande quantit? di calore) una combustione completa del carburante (ovvero senza immettere nel condotto 3 di scarico del carburante incombusto) grazie ad una miscelazione ottimale tra l?aria comburente immessa dall?ugello 22 del canale 21 di alimentazione ed il carburante iniettato dall?iniettore 9 di carburante.
Inoltre, il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto presenta una potenza termica elevata in rapporto alle sue dimensioni complessive; ovvero pur essendo relativamente piccolo il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto permette di generare una potenza termica elevata.
Infine, il dispositivo 6 riscaldatore sopra descritto ? di semplice ed economica realizzazione, in quanto ? composto di poche parti di forma non complessa e facili da unire con saldature e montaggi standard.
ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE
1 sistema di scarico
2 motore a combustione interna
3 condotto di scarico
4 silenziatore
5 dispositivo di trattamento
6 dispositivo riscaldatore
7 camera di combustione
8 ventilatore
9 iniettore di carburante
10 candela
11 condotto di uscita
12 corpo tubolare
13 asse longitudinale
14 parete di base
15 parete di base
16 parete laterale
17 apertura di uscita
18 apertura di ingresso
19 condotto di ingresso 20 valvola di non ritorno 21 canale di alimentazione 22 ugello
23 miscelatore statico 24 corpo tubolare esterno 25 corpo tubolare interno 26 superficie interna
27 spruzzo di carburante 28 porzione conica
29 porzione cilindrica 30 asse longitudinale
31 elettrodo interno
32 elettrodo esterno
33 apertura passante
34 parte
35 asse di simmetria
36 unit? di controllo
37 sensore di temperatura 38 sensore di temperatura ? angolo
? angolo
? angolo
X distanza
D diametro
Claims (12)
1) Dispositivo (6) riscaldatore per un sistema (1) di scarico di un motore (2) a combustione interna; il dispositivo (6) riscaldatore comprende:
un corpo (12) tubolare al cui interno ? ricavata una camera (7) di combustione;
un iniettore (9) di carburante che ? montato attraverso una parete (14) di base del corpo (12) tubolare per iniettare del carburante nella camera (7) di combustione;
almeno una apertura (18) di ingresso collegabile ad un ventilatore (8) per ricevere un flusso di aria che ? diretto nella camera (7) di combustione e si miscela con il carburante;
un canale (21) di alimentazione che riceve l?aria dalla apertura (18) di ingresso, circonda una porzione terminale dell?iniettore (9) di carburante, e termina con un ugello (22) disposto attorno ad un punto di iniettata dell?iniettore (9) di carburante; ed
una candela (10) che ? montata attraverso una parete (16) laterale del corpo (12) tubolare per innescare la combustione di una miscela di aria e carburante;
il dispositivo (6) riscaldatore ? caratterizzato dal fatto che uno spruzzo (27) di carburante emesso dall?iniettore (9) di carburante ? asimmetrico rispetto all?asse (13) longitudinale del corpo (12) tubolare in modo tale che lo spruzzo (27) di carburante sia inclinato verso degli elettrodi (31, 32) della candela (10).
2) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1, in cui un asse (35) centrale di simmetria dello spruzzo (27) di carburante forma un angolo (?) non nullo con l?asse (13) longitudinale del corpo (12) tubolare.
3) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 2, in cui l?angolo (?) tra asse (35) centrale di simmetria dello spruzzo (27) di carburante e l?asse (13) longitudinale del corpo (12) tubolare ha una ampiezza compresa tra 5? e 20?.
4) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l?iniettore (9) di carburante ? configurato per spruzzare almeno una parte del carburante contro una superficie (26) interna del canale (21) di alimentazione.
5) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 4, in cui l?iniettore ? configurato per spruzzare almeno 80% del carburante contro la superficie (26) interna del canale (21) di alimentazione.
6) Dispositivo (6) riscaldatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui l?iniettore (9) ? configurato per emettere uno spruzzo (27) di carburante avente una forma conica centralmente cava, ovvero presentante una sezione trasversale conformata come una corona circolare.
7) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 6, in cui una superficie esterna dello spruzzo (27) di carburante presenta un angolo (?) di apertura di circa 70? ed una superficie interna dello spruzzo (27) di carburante presenta un angolo (?) di apertura di circa 50?.
8) Dispositivo (6) riscaldatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui l?iniettore (9) di carburante ? di tipo ?swirl? ed impartisce al carburante un moto vorticoso di tipo rotativo.
9) Dispositivo (6) riscaldatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8 e comprendente un miscelatore (23) statico, il quale conformato a corona circolare, ? disposto lungo il canale (21) di alimentazione ed attorno all?iniettore (9) di carburante, ed ? configurato per generare delle turbolenze, in particolare un moto vorticoso, nell?aria che fluisce verso l?ugello (22).
10) Sistema (1) di scarico di un motore (2) a combustione interna; il sistema (1) di scarico comprende: un condotto (3) di scarico che si origina da un collettore di scarico del motore (2) a combustione interna e termina con un silenziatore (4) da quale i gas di scarico vengono immessi nell?atmosfera;
un dispositivo (5) di trattamento dei gas di scarico disposto lungo il condotto (3) di scarico; ed
un dispositivo (6) riscaldatore, il quale ? collegato al condotto (3) di scarico a monte del dispositivo (5) di trattamento mediante un condotto (11) di uscita che si innesta nel condotto (3) di scarico, ? atto a generare, bruciando del carburante, un flusso di aria calda, ed ? realizzato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9.
11) Sistema (1) di scarico secondo la rivendicazione 10, in cui il dispositivo (6) riscaldatore comprende:
un sensore (37, 38) di temperatura che ? disposto lungo il condotto (11) di uscita o lungo il condotto (3) di scarico a valle del punto di innesto del condotto (11) di uscita; ed una unit? (36) di controllo che regola la combustione nel dispositivo (6) riscaldatore anche in funzione della misura fornita dal sensore (37, 38) di temperatura.
12) Dispositivo (6) riscaldatore per un sistema (1) di scarico di un motore (2) a combustione interna; il dispositivo (6) riscaldatore comprende:
un corpo (12) tubolare al cui interno ? ricavata una camera (7) di combustione;
un condotto (11) di uscita che ? atto a collegare la camera (7) di combustione ad un condotto (3) di scarico del sistema (1) di scarico;
un iniettore (9) di carburante che ? montato attraverso una parete (14) di base del corpo (12) tubolare per iniettare del carburante nella camera (7) di combustione;
almeno una apertura (18) di ingresso collegabile ad un ventilatore (8) per ricevere un flusso di aria che ? diretto nella camera (7) di combustione e si miscela con il carburante;
un canale (21) di alimentazione che riceve l?aria dalla apertura (18) di ingresso, circonda una porzione terminale dell?iniettore (9) di carburante, e termina con un ugello (22) disposto attorno ad un punto di iniettata dell?iniettore (9) di carburante; ed
una candela (10) che ? montata attraverso una parete (16) laterale del corpo (12) tubolare per innescare la combustione di una miscela di aria e carburante;
il dispositivo (6) riscaldatore ? caratterizzato dal fatto di comprendere:
un sensore (37, 38) di temperatura che ? disposto lungo il condotto (11) di uscita o lungo il condotto (3) di scarico a valle del punto di innesto del condotto (11) di uscita; ed una unit? (36) di controllo che regola la combustione nella camera (7) di combustione anche in funzione della misura fornita dal sensore (37, 38) di temperatura.
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- 2021-01-29 IT IT102021000001892A patent/IT202100001892A1/it unknown
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