ITBO20010761A1 - Collettore di aspirazione per un motore a combustione interna provvisto di ricircolo dei gas di scarico - Google Patents

Collettore di aspirazione per un motore a combustione interna provvisto di ricircolo dei gas di scarico Download PDF

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recirculation
duct
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Francesco Paolo Ausiello
Maurizio Xella
Marco Bovina
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Magneti Marelli Powertrain Spa
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Description

D E S C R I Z I O N E
del brevetto per invenzione industriale
La presente invenzione è relativa ad un collettore di aspirazione per un motore a combustione interna provvisto di ricircolo dei gas di scarico.
Un motore a combustione interna provvisto di ricircolo dei gas di scarico comprende normalmente una pluralità di cilindri (tipicamente quattro in linea), ciascuno dei quali è collegato ad un collettore di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione e ad un collettore di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico.
Il collettore di aspirazione è collegato ad un dispositivo filtrante per ricevere aria fresca (cioè aria proveniente dall'ambiente esterno e contenente all'incirca il 20% ossigeno) ed è collegato al collettore di scarico attraverso un condotto di ricircolo regolato da una valvola di ricircolo per ricevere una quantità determinata dei gas presenti nel collettore di scarico e prodotti dalla combustione avvenuta in precedenza nei cilindri.
Per non abbattere il rendimento volumetrico del motore, prima di venire immessi nel collettore di aspirazione i gas di scarico ricircolati vengono raffreddati da uno scambiatore di calore accoppiato al condotto di ricircolo. Inoltre, per cercare di stimare la quantità di gas di scarico ricircolato, al condotto di ricircolo può venire accoppiato un sensore atto a rilevare la portata di gas presenti nel condotto di ricircolo stesso.
Scopo della presente invenzione è di realizzare un collettore di aspirazione per un motore a combustione interna provvisto di ricircolo dei gas di scarico, il quale sia di facile ed economica attuazione, e, in particolare, presenti una elevata facilità di montaggio, presenti degli ingombri relativamente ridotti e consenta una precisione elevata sulla misura della portata dei gas di scarico ricircolati.
In accordo con la presente invenzione viene realizzato un collettore di aspirazione per un motore a combustione interna provvisto di ricircolo dei gas di scarico secondo quanto stabilito dalla rivendicazione La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui:
• la figura 1 illustra schematicamente ed in prospettiva un collettore di aspirazione realizzato in accordo con la presente invenzione;
• la figura 2 illustra in sezione ed in scala ingrandita un particolare della figura 1; e • la figura 3 illustra schematicamente ed in prospettiva una diversa forma di attuazione del collettore di aspirazione della figura 1. Nella figura allegata, con 1 è indicato un collettore di aspirazione costituente parte di un motore a combustione interna (noto nel suo complesso e non illustrato) provvisto di quattro cilindri, ciascuno dei quali è collegato al collettore 1 di aspirazione tramite almeno una rispettiva valvola di aspirazione e ad un collettore di scarico tramite almeno una rispettiva valvola di scarico.
Il collettore 1 di aspirazione riceve aria fresca (cioè aria proveniente dall'ambiente esterno e contenente all'incirca il 20% ossigeno) da un dispositivo di aspirazione (noto e non illustrato) al quale è collegato mediante un tubo 2 di alimentazione, e può ricevere mediante un condotto 3 di ricircolo una quantità determina dei gas di scarico presenti nel collettore di scarico e prodotti dalla combustione avvenuta in precedenza nei cilindri.
Il collettore 1 di aspirazione comprende un elemento 4 tubolare presentante una camera 5 interna e quattro condotti 6 di aspirazione, i quali si estendono tra loro paralleli ed equispaziati dalla superficie laterale dell'elemento 4 tubolare per mettere in comunicazione la camera 5 interna con i rispettivi cilindri. Ad una estremità di ingresso dell'elemento 4 tubolare è accoppiato il tubo 2 di alimentazione mediante l'interposizione di una valvola 7 a farfalla, la quale ha la funzione di bloccare l'ingresso di aria fresca nella camera 5 interna in determinate condizioni operative (tipicamente allo spegnimento del motore).
All'elemento 4 tubolare è meccanicamente collegato mediante una serie di viti (note e non illustrate) un corpo 8 di supporto, il quale è fisicamente indipendente dall'elemento 4 tubolare ed alloggia il condotto 3 di ricircolo. In particolare, il corpo 8 di supporto è meccanicamente collegato all'elemento 3 tubolare in modo da risultare disposto nello spazio delimitato inferiormente dai condotti 6 di aspirazione e lateralmente dall'elemento 4 tubolare.
Il corpo 8 di supporto presenta una forma ad "U" avente due tratti 9 e 10 rettilinei raccordati da un tratto 11 curvo; il tratto 9 rettilineo di ingresso è disposto sopra i condotti 6 di aspirazione, mentre il tratto 10 rettilineo di uscita è disposto lateralmente e in prossimità dell'elemento 3 tubolare. Una porzione iniziale del tratto 9 rettilineo di ingresso è collegata al collettore di scarico per ricevere i gas di scarico da ricircolare, ed una porzione terminale del tratto 10 rettilineo di uscita è collegata alla camera 5 interna del collettore 1 di aspirazione per immettere nella camera 5 interna stessa i gas di scarico ricircolati.
Il corpo 8 di supporto comprende una valvola 12 di ricircolo, la quale è atta a regolare il flusso di gas di scarico attraverso il condotto 3 di ricircolo ed è alloggiata in una porzione iniziale del tratto 9 rettilineo di ingresso in modo da risultare disposta in corrispondenza di una porzione iniziale del condotto 3 di ricircolo.
Il corpo 8 di supporto comprende, inoltre, uno scambiatore 13 di calore, il quale è atto a raffreddare i gas di scarico ricircolati ed è alloggiato lungo il tratto 9 rettilineo di ingresso a valle della valvola 12 di ricircolo. Lo scambiatore 13 di calore comprende un tubo 14 ripiegato ad "U", il quale costituisce una parete superiore del condotto 3 di ricircolo ed all'interno del quale viene fatto circolare un fluido di raffreddamento del motore.
Infine, Il corpo 8 di supporto comprende un sensore 15 di portata, il quale è atto a misurare la portata dei gas di scarico ricircolati ed è alloggiato in una porzione mediana del tratto 10 rettilineo di uscita a valle dello scambiatore 13 di calore. Secondo la diversa forma di attuazione illustrata nella figura 3, il sensore 15 di portata è alloggiato in una porzione finale del tratto 9 rettilineo di ingresso a valle dello scambiatore 13 di calore.
E' importante osservare che il sensore 15 di portata viene preferibilmente alloggiato a valle dello scambiatore 13 di calore, in modo tale da fare lavorare il sensore 15 di portata a temperature relativamente ridotte (dell'ordine di 200°C contro i 400°C dei gas di scarico provenienti dal collettore di scarico) e quindi contenere i costi realizzativi del sensore 15 di portata stesso. Inoltre, il sensore 15 di portata viene alloggiato lungo una porzione rettilinea del condotto 3 di ricircolo in modo da consentire al sensore 15 di effettuare una misura con una precisione relativamente elevata, in quanto la misura di un sensore di portata è tanto più precisa, quanto più il sensore di portata viene posizionato lontano da tratti non rettilinei.
Secondo quanto illustrato nella figura 1, il collettore 1 di aspirazione comprende un dispositivo 18 miscelatore, il quale è disposto immediatamente a monte dell'elemento 4 tubolare lungo il tubo 2 di alimentazione, riceve i gas di scarico ricircolati dal condotto 3 di ricircolo e riceve aria fresca dal tubo 2 di aspirazione.
Secondo la diversa forma di attuazione illustrata nella figura 3, l'elemento 4 tubolare presenta per ciascun condotto 6 di aspirazione un rispettivo foro 16 passante, il quale è ricavato in prossimità del corrispondente condotto 6 di aspirazione e mette in comunicazione la camera 5 interna con il condotto 3 di ricircolo; similmente, il tratto 10 rettilineo di uscita del corpo 8 di supporto presenta per ciascun foro 16 passante un rispettivo foro 17 passante, il quale è accoppiato al corrispondente foro 16 passante.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il dispositivo 18 miscelatore comprende una camera 19 anulare, la quale circonda una porzione del tubo 2 di alimentazione, comunica con il tubo 2 di alimentazione mediante una pluralità di fori 20 radiali passanti, e riceve i gas di scarico ricircolati dal condotto 3 di ricircolo. In uso, i gas di scarico provenienti dal condotto 3 di ricircolo vengono condotti alla camera 19 anulare con una pressione relativamente più elevata rispetto alla pressione di aspirazione per effetto della pressione relativamente elevata presente nel collettore di scarico; essendo l'aria fresca all'interno del tubo 2 di alimentazione sostanzialmente alla pressione atmosferica, il gas di scarico presente nella camera 19 anulare entra nel tubo 2 di alimentazione attraverso i fori 20 radiali passanti e si miscela con l'aria proveniente dalla linea di aspirazione prima di entrare nella camera 5 interna del collettore 1 di aspirazione.
Un tubo 21 terminale del condotto 3 di ricircolo è accoppiato di testa ad un tubo 22 di ingresso del dispositivo 18 miscelatore mediante un ulteriore tubo 23 di giunzione, il quale è coassiale al tubo 21 terminale ed al tubo 22 di ingresso ed è atto ad impegnare internamente a tenuta di fluido sia il tubo 21 terminale del condotto 3 di ricircolo, sia il tubo 22 di ingresso del dispositivo 18 miscelatore. Rispettivi elementi 24 di tenuta anulari in materiale elastico (denominati comunemente "O-ring") sono interposti tra il tubo 23 di giunzione ed i tubi 21 terminale e 22 di ingresso, in modo da garantire la tenuta dell'accoppiamento e nello stesso tempo consentire un limitato scorrimento assiale tra il tubo 23 di giunzione ed i tubi 21 terminale e 22 di ingresso. Tale scorrimento assiale risulta essenziale per compensare eventuali squilibri nelle dilatazioni termiche a cui sono sottoposti i tubi 21 terminale e 22 di ingresso.
Preferibilmente, il dispositivo 17 miscelatore comprende ed integra la valvola 7 a farfalla che regolare l'ingresso della miscela di gas all'interno della camera 5 interna del collettore 1 di aspirazione; tale integrazione permette di ridurre sia gli ingombri, sia i costi complessivi del collettore 1 di aspirazione .
Secondo una possibile forma di attuazione, il corpo 8 di supporto è realizzato in materiale metallico, in particolare alluminio, in quanto deve fornire adeguato supporto alla valvola 12 di ricircolo ed allo scambiatore 13 di calore e deve operare con gas a temperature relativamente elevate (i gas di scarico provenienti dal collettore di scarico presentano una temperatura dell'ordine di 400°C); invece l'elemento 4 tubolare è in materiale plastico, il quale è leggero e facilmente stampabile, in quanto opera con gas a temperature relativamente ridotte (la miscela di aria fresca e gas di scarico ricircolato non supera i 100°C) .
Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, è presente un condotto di bypass in parallelo allo scambiatore 13 di calore; il passaggio dei gas di scarico da ricircolare attraverso lo scambiatore 13 di calore oppure attraverso il condotto di bypass è controllato dalla valvola 12 di ricircolo. In particolare, i gas di scarico da ricircolare vengono fatti passare attraverso il condotto di bypass, quindi evitando di passare attraverso lo scambiatore 13 di calore, all'avviamento del motore e vengono successivamente fatti passare attraverso lo scambiatore 13 di calore quando il motore ha raggiunto una soglia minima di temperatura di lavoro.

Claims (21)

  1. R IV E N D I C A Z I O N I 1) Collettore di aspirazione per un motore a combustione interna provvisto di ricircolo dei gas di scarico; il collettore (1) di aspirazione comprendendo un elemento (4) tubolare presentante una camera (5) interna, una pluralità di condotti (6) di aspirazione, i quali si estendono tra loro paralleli ed equispaziati dalla superficie laterale dell'elemento (4) tubolare per mettere in comunicazione la camera (5) interna con rispettivi cilindri, ed un condotto (3) di ricircolo, il quale è alloggiato in un corpo (8) di supporto ed è atto a ricevere dei gas di scarico da un condotto di scarico per immettere i gas di scarico nella camera (5) interna; il collettore (1) di aspirazione essendo caratterizzato dal fatto che il corpo (8) di supporto è fisicamente indipendente dall'elemento (4) tubolare ed è meccanicamente collegato all'elemento (4) tubolare in modo da risultare disposto nello spazio delimitato inferiormente dai condotti (6) di aspirazione e lateralmente dall'elemento (4) tubolare.
  2. 2) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 1, in cui il detto corpo (8) di supporto presenta una forma ad "U" avente due tratti (9, 10) rettilinei raccordati da un tratto (11) curvo; un primo tratto (9) rettilineo essendo disposto sopra i detti condotti (6) di aspirazione ed un secondo tratto (10) rettilineo essendo disposto lateralmente ed in prossimità del detto elemento (4) tubolare.
  3. 3) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il detto corpo (8) di supporto comprende una valvola (12) di ricircolo atta a regolare il flusso di gas di scarico attraverso il condotto (3) di ricircolo.
  4. 4) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 3, in cui la detta valvola (12) di ricircolo è alloggiata in corrispondenza di una porzione iniziale del condotto (3) di ricircolo.
  5. 5) Collettore di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto corpo (8) di supporto comprende uno scambiatore (13) di calore atto a raffreddare i gas di scarico ricircolati.
  6. 6) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 5, in cui il detto scambiatore (13) di calore comprende un tubo (14) ripiegato ad "U" all'interno del quale viene fatto circolare un fluido di raffreddamento del motore.
  7. 7) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 5, in cui il detto tubo (14) ripiegato ad "U" costituisce una parete superiore del detto condotto (3) di ricircolo.
  8. 8) Collettore di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui il detto corpo (8) di supporto comprende un sensore (15) di portata atto a misurare la portata dei gas di scarico ricircolati.
  9. 9) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 2, in cui una porzione iniziale del primo tratto (9) rettilineo del corpo (8) di supporto è collegata al collettore di scarico per ricevere i gas di scarico da ricircolare, ed una porzione terminale del secondo tratto (10) rettilineo del corpo (8) di supporto è collegata alla camera (5) interna per immettere nella camera (5) interna stessa i gas di scarico ricircolati.
  10. 10) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 9, in cui il detto corpo (8) di supporto comprende una valvola (12) di ricircolo atta a regolare il flusso di gas di scarico attraverso il condotto (3) di ricircolo, uno scambiatore (13) di calore atto a raffreddare i gas di scarico ricircolati ed un sensore (15) di portata atto a misurare la portata dei gas di scarico ricircolati; la valvola (12) di ricircolo essendo disposta in una porzione iniziale del primo tratto (9) rettilineo del corpo (8) di supporto, lo scambiatore (13) di calore essendo disposto lungo il primo tratto (9) rettilineo del corpo (8) di supporto a valle della valvola (12) di ricircolo, ed il sensore (15) di portata essendo disposto a valle dello scambiatore (13) di calore.
  11. 11) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 10, in cui il detto sensore (15) di portata è disposto in corrispondenza di una porzione terminale del primo tratto (9) rettilineo del corpo (8) di supporto.
  12. 12) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 10, in cui il detto sensore (15) di portata è disposto in corrispondenza di una porzione mediana del secondo tratto (10) rettilineo del corpo (8) di supporto.
  13. 13) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 10, 11 o 12, e comprendente un condotto di bypass in parallelo allo scambiatore (13) di calore; il passaggio dei gas di scarico da ricircolare attraverso lo scambiatore (13) di calore oppure attraverso il condotto di bypass è controllato dalla valvola (12) di ricircolo.
  14. 14) Collettore di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui il detto elemento (4) tubolare presenta per ciascun condotto (6) di aspirazione un rispettivo primo foro (16) passante, il quale è ricavato in prossimità del corrispondente condotto (6) di aspirazione e inette in comunicazione la camera (5) interna con il condotto (3) di ricircolo.
  15. 15) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 14, in cui il condotto (3) di ricircolo presenta per ciascun primo foro (16) passante un rispettivo secondo foro (17) passante, il quale è accoppiato al corrispondente primo foro (16) passante.
  16. 16) Collettore di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui il detto collettore di aspirazione comprende un dispositivo (18) miscelatore, il quale è disposto immediatamente a monte dell'elemento (4) tubolare, riceve i gas di scarico ricircolati dal condotto (3) di ricircolo e riceve aria fresca da un dispositivo di aspirazione.
  17. 17) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 16, in cui il detto dispositivo (18) miscelatore presenta una camera (19) anulare ed è disposto lungo un tubo (2) di alimentazione, il quale riceve aria fresca dal dispositivo di aspirazione e sfocia nella camera (5) interna; la camera (19) anulare circondando una porzione del tubo (2) di alimentazione, comunicando con il tubo (2) di alimentazione mediante una pluralità (20) di fori radiali passanti, e ricevendo i gas di scarico ricircolati dal condotto (3) di ricircolo.
  18. 18) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 16 o 17, in cui un tubo (21) terminale del condotto (3) di ricircolo è accoppiato di testa ad un tubo (22) di ingresso del dispositivo (18) miscelatore mediante un ulteriore tubo (23) di giunzione, il quale è coassiale al tubo (21) terminale ed al tubo (22) di ingresso ed è atto ad impegnare internamente a tenuta di fluido sia il tubo (21) terminale del condotto (3) di ricircolo, sia il tubo (22) di ingresso del dispositivo (18) miscelatore; uno scorrimento assiale essendo possibile tra il tubo (23) di giunzione ed i tubi (21) terminale e (22) di ingresso .
  19. 19) Collettore di aspirazione secondo la rivendicazione 18, in cui rispettivi elementi (24) di tenuta anulari in materiale elastico sono interposti tra il tubo (23) di giunzione ed i tubi (21) terminale e (22) di ingresso.
  20. 20) Collettore di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 16 a 19, in cui il detto dispositivo (18) miscelatore comprende una valvola (7) a farfalla atta a regolare l'ingresso della miscela di gas all'interno della camera (5) interna.
  21. 21) Collettore di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 20, in cui il detto corpo (8) di supporto è realizzato in materiale metallico, in particolare alluminio, ed il detto elemento (4) tubolare è realizzato in materiale plastico,
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