IT202100023672A1 - Dispositivo riscaldatore per un sistema di scarico di un motore a combustione interna - Google Patents

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IT202100023672A1
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Sana Marco La
Emanuele Milani
Mauro Brignone
Luigi Lubrano
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Marelli Europe Spa
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Description

DESCRIZIONE
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; il carburante incombusto quando arriva nel condotto di scarico pu? bruciare all?interno del condotto di scarico determinando localmente degli innalzamenti di temperatura improvvisti, imprevisti ed indesiderati, oppure pu? anche non bruciare (ad esempio per mancanza di adeguato innesco o per mancanza di ossigeno) all?interno del condotto di scarico e quindi venire rilasciato nell?ambiente aumentando la quantit? di emissioni inquinanti (in particolare di gruppi HC incombusti).
In particolare, ? stato osservato che nei dispositivi riscaldatori noti la fiamma che si genera nella camera di combustione in alcune condizioni di funzionamento (particolarmente quando la combustione ? ?magra? ovvero avviene in eccesso di ossigeno) diventa instabile e tende a spegnersi (quindi non bruciando sempre tutto il carburante che viene iniettato) oppure a spostarsi avanti ed indietro con un movimento oscillatorio che ciclicamente porta la fiamma ad uscire dalla camera di combustione andando verso il condotto di scarico (anche in questo caso una parte del carburante iniettato pu? rimanere incombusto e soprattutto il condotto di scarico viene riscaldato in modo eccessivo e potenzialmente dannoso).
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 in tutti le condizioni di funzionamento una combustione completa e stabile del carburante (ovvero senza immettere nel condotto di scarico del carburante incombusto e senza riscaldare eccessivamente il condotto si carico) 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 illustra un esempio 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 prospettica del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 3 ? una vista prospettica ed in sezione longitudinale del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 4 ? una vista in sezione longitudinale del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 5 ? una vista in sezione trasversale del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 6 ? una vista prospettica di un corpo tubolare esterno del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 7 ? una vista prospettica ed in sezione longitudinale del corpo tubolare esterno della figura 6;
? la figura 8 ? una vista prospettica di un corpo tubolare interno e di un corpo portafiamma del dispositivo riscaldatore della figura 1;
? la figura 9 ? una vista prospettica ed in sezione longitudinale di una variante del dispositivo riscaldatore della figura 1; e
? la figura 10 ? una vista prospettica di un corpo tubolare esterno del dispositivo riscaldatore della figura.
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 nelle figure 2, 3 e 4, 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 nelle figure 2 e 3, attraverso il corpo 12 tubolare ? ricavata (almeno) una apertura 18 di ingresso (illustrata nella figura 1) che ? collegata al ventilatore 8 mediante un condotto 19 di ingresso (illustrato nelle figure 1, 2 e 3) 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 nelle figure 3 e 4, 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 (provvista di una coppia di elettrodi) ? 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 (rotativo), nell?aria che fluisce verso l?ugello 22. Il miscelatore 23 statico ? configurato per generare un moto vorticoso (rotativo) nell?aria che fluisce verso l?ugello 22 avente un determinato verso di rotazione attorno all?asse 13 longitudinale (ovvero un verso orario oppure un verso antiorario attorno all?asse 13 longitudinale).
Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione illustrata nelle figure 3 e 4, 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). Quindi il canale 21 di alimentazione (nella sua parte termina) ? 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 lungo l?asse 13 longitudinale) a porzioni cilindriche (cio? presentanti una forma di dimensione costante lungo l?asse 13 longitudinale); 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 (rotativo) che viene incrementato successivamente dall?azione del miscelatore 23 statico e 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 una preferita forma di attuazione, 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 (schematicamente illustrato nella figura 4) 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 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? del punto di iniettata dell?iniettore 9 di carburante) e presentante centralmente un buco (ovvero una zona priva di carburante) sempre di forma conica (con il vertice del cono disposto in prossimit? del punto di iniettata dell?iniettore 9 di carburante); 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.
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 nelle figure 6 e 7, 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 6, il corpo 24 tubolare esterno presenta una apertura 30 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? gli elettrodi della candela 10. Grazie alla presenza della apertura 30 passante una limitata parte 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 della candela 10. In altre parole, grazie alla presenza della apertura 30 passante, la limitata parte dello spruzzo 27 di carburante ?bagna? direttamente gli elettrodi della candela 10 per creare attorno agli elettrodi 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. In altre parole, l?iniettore 9 di carburante ? configurato per spruzzare almeno parte del carburante contro il corpo 24 tubolare esterno, ed il corpo 24 tubolare esterno presenta l?apertura 30 passante attraverso la quale una limitata parte dello spruzzo 27 di carburante che viene emesso dall?iniettore 9 di carburante invece di impattare contro il corpo 24 tubolare esterno passa attraversa il corpo 24 tubolare esterno per arrivare sugli elettrodi della candela 10.
Come detto in precedenza, il miscelatore 23 statico ? configurato per generare nell?aria che fluisce verso l?ugello 22 un moto vorticoso (rotativo) che presenta un determinato verso di rotazione attorno all?asse 13 longitudinale del corpo 12 tubolare. Secondo una preferita forma di attuazione meglio illustrata nella figura 6, l?apertura 30 passante ? spostata circonferenzialmente in senso contrario al verso di rotazione dell?aria impresso dal miscelatore 23 statico rispetto ad una linea immaginaria che collega un punto di iniettata dell?iniettore 9 con gli elettrodi della candela 10; in altre parole, l?apertura 30 passante ? disposta spazialmente ?in anticipo? per compensare la componente di moto rotativo impressa dal miscelatore 23 statico (a cui si pu? sommare anche l?azione dell?iniettore 9 di carburante di tipo ?swirl?) in modo tale che la limitata parte dello spruzzo 27 di carburante che attraversa il corpo 24 tubolare esterno passando nella apertura 30 passante arrivi effettivamente (ovvero in massima parte) sugli elettrodi della candela 10.
Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure 2, 3 e 4, il condotto 11 di uscita presenta una porzione iniziale che ? collegata direttamente alla apertura 17 di uscita del corpo 12 tubolare, presenta la stessa forma (ovvero lo stesso tipo di sezione trasversale) del corpo 12 tubolare, ? coassiale al corpo 12 tubolare, e presenta un diametro D2 interno pi? piccolo del diametro D1 interno del corpo 12 tubolare. In particolare, il rapporto tra il diametro D1 interno del corpo 12 tubolare ed il diametro D2 interno della porzione iniziale del condotto 11 di uscita ? compreso tra 1,2 e 2 ed ? preferibilmente pari a 1,40.
Secondo quanto illustrato nelle figure 3 e 5, l?apertura 17 di uscita costituisce una strozzatura della camera 7 di combustione (ovvero una sostanziale riduzione della luce di passaggio) e presenta complessivamente una area libera di passaggio che ? inferiore al 30% di una area di una sezione trasversale della camera 7 di combustione. In altre parole, l?area libera di passaggio della apertura 17 di uscita (ovvero l?area attraverso la quale l?aria calda pu? fluire attraverso l?apertura 17 di uscita) ? inferiore al 30% all?area della sezione trasversale della camera 7 di combustione; ? quindi evidente che l?apertura 17 di uscita ?strozza? la camera 7 di combustione ed obbliga l?aria calda che si trova nella camera 7 di combustione a concentrarsi per fluire attraverso l?apertura 17 di uscita.
Secondo una preferita forma di attuazione, complessivamente l?area libera di passaggio della apertura 17 di uscita ? inferiore al 20% dell?area della sezione trasversale della camera 7 di combustione e, pi? in generale, complessivamente l?area libera di passaggio della apertura 17 di uscita ? compresa tra il 10% ed il 20% dell?area della sezione trasversale della camera 7 di combustione ed ? preferibilmente pari al 15% dell?area della sezione trasversale della camera 7 di combustione.
Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate e meglio visibile nella figura 5, l?apertura 17 di uscita comprende una pluralit? di fori 31 passanti (tra loro separati ed indipendenti) che attraversano da parte a parte la parete 15 di base e sono disposti simmetricamente attorno all?asse 13 longitudinale centrale del corpo 12 tubolare per formare una corona circolare. Preferibilmente, l?apertura 17 di uscita comprende almeno sei, preferibilmente dieci (in alternativa otto-dodici), fori 31 passanti che attraversano da parte a parte la parete 15 di base e sono disposti simmetricamente attorno all?asse 13 longitudinale centrale del corpo 12 tubolare per formare una corona circolare. Secondo diverse forme di attuazione non illustrate, l?apertura 17 di uscita comprende un minore numero di fori 31 passanti, ad esempio almeno due fori 31 passanti oppure almeno tre fori 31 passanti. Secondo una ulteriore forma di attuazione non illustrata, l?apertura 17 di uscita comprende un unico e singolo foro 31 passante che attraversa da parte a parte la parete 15 di base ed ? coassiale all?asse 13 longitudinale centrale del corpo 12 tubolare.
Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, ciascun foro 31 passante presenta una forma circolare (in questa forma di attuazione ? normalmente previsto un maggior numero di fori 31 passanti complessivamente pi? piccoli); secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, ciascun foro 31 passante presenta una forma allungata che si sviluppa lungo un arco di circonferenza (in questa forma di attuazione ? normalmente previsto un minor numero di fori 31 passanti complessivamente pi? grandi). E? anche possibile la presenza sia di fori 31 passanti di forma circolare, sia di fori 31 passanti di forma allungata.
Secondo quanto illustrato nelle figure 6, 7 e 8, il dispositivo 6 riscaldatore comprende un corpo 32 portafiamma che ? disposto almeno parzialmente dentro al canale 21 di alimentazione in corrispondenza dell?ugello 22, ? coassiale al canale 21 di alimentazione ed all?iniettore 9 di carburante (ovvero all?asse 13 longitudinale), e si trova davanti al punto di iniettata dell?iniettore 9 di carburante (ovvero davanti ad una apertura di uscita del carburante da cui il carburante esce dall?iniettore 9 di carburante).
Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il corpo 32 portafiamma ? completamente disposto all?interno del canale 21 di alimentazione ed una base maggiore del corpo 32 portafiamma termina proprio in corrispondenza dell?ugello 22 (ovvero la base maggiore del corpo 32 portafiamma e complanare con una parete di base del canale 21 di alimentazione in cui si apre l?ugello 22). Secondo diverse forme di attuazione non illustrate, il corpo 32 portafiamma ? arretrato rispetto all?ugello 22 (ovvero termina un po? prima dell?ugello 22) oppure fuoriesce dall?ugello 22 (ovvero prosegue anche fuori dal canale 21 di alimentazione).
Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il corpo 32 portafiamma presenta una forma conica avente un vertice affacciato alla apertura di uscita del carburante dell?iniettore 9 di carburante. Preferibilmente (ma non obbligatoriamente) il corpo 32 portafiamma ? centralmente cavo ovvero presenta un foro 33 centrale. Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il foro 33 centrale del corpo 32 portafiamma ? cieco e si origina da una base del corpo 32 portafiamma opposta ad un vertice del corpo 32 portafiamma; in alternativa, il foro 33 centrale del corpo 32 portafiamma ? passante e quindi attraversa da parte a parte il corpo 32 portafiamma. Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il foro 33 centrale del corpo 32 portafiamma ? di forma conica (riprendendo in sostanza la forma del corpo 32 portafiamma); in alternativa, il foro 33 centrale del corpo 32 portafiamma ? di forma cilindrica.
Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, il corpo 32 portafiamma ? collegato al corpo 24 tubolare esterno mediante quattro raggi 34 disposti radialmente a croce (in generale sono previsti almeno due raggi 34 disposti radialmente). Secondo la preferita forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, ciascun raggio 34 presenta una sezione trasversale di forma triangolare che presenta un vertice orientato verso l?iniettore 9 di carburante.
Nelle figure 9 e 10 ? illustrata una variante del dispositivo 6 riscaldatore illustrato nelle figure 2-8.
Il dispositivo 6 riscaldatore illustrato nelle figure 9 e 10 si differenzia dal dispositivo 6 riscaldatore illustrato nelle figure 2-8 in quanto l?apertura 17 di uscita comprende un unico e singolo foro 31 passante che attraversa da parte a parte la parete 15 di base ed ? coassiale all?asse 13 longitudinale centrale del corpo 12 tubolare.
Inoltre, Il dispositivo 6 riscaldatore illustrato nelle figure 9 e 10 si differenzia dal dispositivo 6 riscaldatore illustrato nelle figure 2-8 in quanto il corpo 32 portafiamma ? pieno (ovvero ? privo del foro 33 centrale) ed ? collegato al corpo 24 tubolare esterno mediante solo due raggi 34.
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.
Una combustione completa del carburante viene ottenuta anche grazie ad una elevata stabilit? della fiamma all?interno della camera 7 di combustione (particolarmente quando la combustione ? ?magra? ovvero avviene in eccesso di ossigeno) e quindi la fiamma non tende mai n? a spegnersi, n? a spostarsi avanti ed indietro con un movimento oscillatorio che ciclicamente porterebbe la fiamma ad uscire dalla camera 7 di combustione andando verso il condotto 3 di scarico. L?elevata stabilit? della fiamma viene ottenuta grazie ad un?azione sinergica della apertura 17 di uscita che ?strozza? la camera 7 di combustione e del corpo 32 portafiamma a cui si ?ancora? la base della fiamma. E? possibile aumentare la stabilit? della fiamma solo utilizzando l?apertura 17 di uscita che ?strozza? la camera 7 di combustione (cio? in assenza del corpo 32 portafiamma) oppure solo utilizzando il corpo 32 portafiamma (cio? in assenza della apertura 17 di uscita che ?strozza? la camera 7 di combustione); tuttavia, la massima stabilit? della fiamma si ottiene combinando insieme l?apertura 17 di uscita che ?strozza? la camera 7 di combustione ed il corpo 32 portafiamma che agiscono tra loro in modo sinergico.
In particolare, il corpo 32 portafiamma crea attorno a s? dei vortici della miscela aria-carburante che tendono a spingere verso l?iniettore 9 di carburante la fiamma, ovvero tendono a mantenere la fiamma a contatto con il corpo 32 portafiamma stesso. Invece, l?apertura 17 di uscita che ?strozza? la camera 7 di combustione costituisce una impedenza acustica che spezza i moti risonanti della fiamma e quindi impedisce alla fiamma di oscillare (pulsare) avanti ed indietro lungo l?asse 13 longitudinale spostandosi quindi ciclicamente verso il condotto 3 di scarico.
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 apertura passante
31 fori passanti
32 corpo portafiamma
33 foro centrale
34 raggi

Claims (15)

RIVENDICAZIONI
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 che contiene una camera (7) di combustione ed ? delimitata da una prima parete (14) di base e da una seconda parete (15) di base tra loro opposte;
un iniettore (9) di carburante che ? montato attraverso la prima 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; 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;
in cui la seconda parete (15) di base del corpo (12) tubolare presenta almeno una apertura (17) di uscita configurata per fare uscire dal corpo (12) tubolare un flusso di aria calda;
il dispositivo (6) riscaldatore ? caratterizzato dal fatto che l?apertura (17) di uscita costituisce una strozzatura della camera (7) di combustione e presenta complessivamente una area libera di passaggio che ? inferiore al 30% di una area di una sezione trasversale della camera (7) di combustione.
2) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1, in cui complessivamente l?area libera di passaggio della apertura (17) di uscita ? inferiore al 20% dell?area della sezione trasversale della camera (7) di combustione.
3) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui complessivamente l?area libera di passaggio della apertura (17) di uscita ? compresa tra il 10% ed il 20% dell?area della sezione trasversale della camera (7) di combustione ed ? preferibilmente pari al 15% dell?area della sezione trasversale della camera (7) di combustione.
4) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l?apertura (17) di uscita comprende un unico e singolo foro (31) passante che attraversa da parte a parte la seconda parete (15) di base ed ? coassiale ad un asse (13) longitudinale centrale del corpo (12) tubolare.
5) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l?apertura (17) di uscita comprende almeno due fori (31) passanti che attraversano da parte a parte la seconda parete (15) di base e sono disposti simmetricamente attorno ad un asse (13) longitudinale centrale del corpo (12) tubolare.
6) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l?apertura (17) di uscita comprende almeno tre fori (31) passanti che attraversano da parte a parte la seconda parete (15) di base e sono disposti simmetricamente attorno ad un asse (13) longitudinale centrale del corpo (12) tubolare per formare una corona circolare.
7) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l?apertura (17) di uscita comprende almeno sei, preferibilmente dieci, fori (31) passanti che attraversano da parte a parte la seconda parete (15) di base e sono disposti simmetricamente attorno ad un asse (13) longitudinale centrale del corpo (12) tubolare per formare una corona circolare.
8) Dispositivo (6) riscaldatore secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, in cui ciascun foro (31) passante presenta una forma circolare.
9) Dispositivo (6) riscaldatore secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, in cui ciascun foro (31) passante presenta una forma allungata che si sviluppa lungo un arco di circonferenza.
10) Dispositivo (6) riscaldatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9 e comprendente un condotto (11) di uscita presentante una porzione iniziale che ? collegata direttamente alla seconda parete (15) di base del corpo (12) tubolare in corrispondenza della apertura (17) di uscita, ? coassiale al corpo (12) tubolare, e presenta un secondo diametro (D2) pi? piccolo di un primo diametro (D1) del corpo (12) tubolare.
11) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 10, in cui il rapporto tra il primo diametro (D1) del corpo (12) tubolare ed il secondo diametro (D2) della porzione iniziale del condotto (11) di uscita ? compreso tra 1,2 e 2 ed ? preferibilmente pari a 1,40.
12) Dispositivo (6) riscaldatore secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11 e comprendente un canale (21) di alimentazione che riceve l?aria dalla apertura (18) di ingresso, circonda una porzione terminale dell?iniettore (9) di carburante, termina con un ugello (22) disposto attorno ad un punto di iniettata dell?iniettore (9) di carburante, ? delimitato esternamente da un corpo (24) tubolare esterno presentante una superficie (26) interna del canale (21) di alimentazione, ed ? delimitato internamente da un corpo (25) tubolare interno che circonda l?iniettore (9) di carburante e contiene al proprio interno l?iniettore (9) di carburante.
13) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 12 e comprendente un corpo (32) portafiamma che ? disposto almeno parzialmente dentro al canale (21) di alimentazione in corrispondenza dell?ugello (22), ? coassiale al canale (21) di alimentazione ed all?iniettore (9) di carburante, e si trova davanti al punto di iniettata del carburante dell?iniettore (9) di carburante.
14) Dispositivo (6) riscaldatore secondo la rivendicazione 13, in cui il corpo (32) portafiamma presenta una forma conica avente un vertice affacciato alla apertura di uscita del carburante dell?iniettore (9) di carburante.
15) 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 14.
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