ITBO20120473A1 - Collettore di aspirazione con dispositivo di parzializzazione per un motore a combustione interna - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“COLLETTORE DI ASPIRAZIONE CON DISPOSITIVO DI

PARZIALIZZAZIONE PER UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNAâ€

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione à ̈ relativa ad un collettore di aspirazione con dispositivo di parzializzazione per un motore a combustione interna.

ARTE ANTERIORE

Un motore a combustione interna à ̈ provvisto di un condotto di aspirazione che preleva l’aria fresca dall’ambiente esterno per alimentare l’aria fresca stessa ad un collettore di aspirazione che a sua volta distribuisce l’aria ai vari cilindri mediante rispettivi condotti di aspirazione. All’ingresso del collettore di aspirazione à ̈ disposta una valvola a farfalla che viene attuata per regolare la portata dell’aria che entra nel collettore di aspirazione.

Nei moderni motori a combustione interna, il collettore di aspirazione à ̈ sempre più frequentemente a geometria variabile, cioà ̈ à ̈ provvisto di un dispositivo di parzializzazione, il quale varia la sezione di passaggio dell’aria dei condotti di aspirazione in funzione del regime del motore (cioà ̈ della velocità angolare di rotazione dell’albero motore) per incrementare le prestazioni del motore riducendone nel contempo le emissioni inquinanti. A regimi ridotti viene diminuita la sezione di passaggio dell’aria attraverso i condotti di aspirazione in modo da generare nel flusso di aria aspirata delle turbolenze che migliorano la miscelazione tra aria e carburante; grazie alla presenza di queste turbolenze che migliorano la miscelazione viene bruciato tutto il carburante iniettato e quindi si riducono le emissioni inquinanti generate dalla combustione. A regimi elevati viene massimizzata la sezione di passaggio dell’aria attraverso i condotti di aspirazione in modo da consentire un riempimento completo dei cilindri e quindi permettere la generazione della massima potenza possibile.

Un dispositivo di parzializzazione che varia la sezione di passaggio dell’aria dei condotti di aspirazione può essere di tipo “tumble†oppure di tipo “swirl†. Un dispositivo di parzializzazione di tipo tumble utilizza per ciascun condotto di aspirazione un corpo di parzializzazione mobile tra una posizione attiva (o di parzializzazione), in cui il corpo di parzializzazione riduce la sezione trasversale del condotto di aspirazione, ed una posizione di riposo (o di massima apertura), in cui il corpo di parzializzazione non determina alcuna riduzione della sezione di passaggio dell’aria del condotto di aspirazione. Un dispositivo di parzializzazione di tipo swirl prevede che ciascun condotto di aspirazione comprenda due canali ed utilizza per ciascun condotto di aspirazione un corpo di parzializzazione inserito in uno dei due canali e mobile tra la posizione attiva, in cui il corpo di parzializzazione chiude completamente il corrispondente canale, ed una posizione di riposo (o di massima apertura), in cui il corpo di parzializzazione non determina una riduzione significativa della sezione di passaggio dell’aria del corrispondente canale.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione à ̈ di fornire un collettore di aspirazione con dispositivo di parzializzazione per un motore a combustione interna, il quale collettore di aspirazione sia di facile ed economica realizzazione e presenti nel contempo una elevata affidabilità nel tempo.

Secondo la presente invenzione viene fornito un collettore di aspirazione con dispositivo di parzializzazione per un motore a combustione interna, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate. BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 à ̈ una vista schematica di un motore a combustione interna provvisto di un collettore di aspirazione con dispositivo di parzializzazione realizzato in accordo con la presente invenzione;

• la figura 2 à ̈ una vista prospettica del collettore di aspirazione della figura 1;

• la figura 3 à ̈ una vista prospettica, parzialmente sezionata e con parti asportate per chiarezza del collettore di aspirazione della figura 1;

• la figura 4 à ̈ una vista prospettica di un componente del collettore di aspirazione della figura 1;

• la figura 5 à ̈ una vista prospettica, esplosa e con parti asportate per chiarezza del collettore di aspirazione della figura 1;

• la figura 6 à ̈ una vista prospettica di un condotto di immissione di EGR del collettore di aspirazione della figura 1; e

• la figura 7 à ̈ una vista in pianta del condotto di immissione di EGR della figura 6.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 à ̈ indicato nel suo complesso un motore a combustione interna provvisto di sei cilindri 2 disposti a “V†(solo uno dei quali à ̈ illustrato nella figura 1), ciascuno dei quali à ̈ collegato ad un collettore 3 di aspirazione tramite due valvole 4 di aspirazione (solo una delle quali à ̈ illustrata nella figura 1) e ad un collettore 5 di scarico tramite due valvole 6 di scarico (solo una delle quali à ̈ illustrata nella figura 1).

All’interno del collettore 3 di aspirazione à ̈ definita una camera 7 di aspirazione (il cosiddetto “plenum†) che riceve aria fresca (cioà ̈ aria proveniente dall’ambiente esterno) attraverso una apertura 8 di ingresso regolata da una valvola 9 a farfalla principale e comunica con ciascun cilindro 2 attraverso due aperture 10 e 11 di uscita gemelle ed affiancate che sfociano in due rispettivi condotti 12 di aspirazione (uno solo dei quali à ̈ schematicamente illustrato nella figura 1) terminanti in corrispondenza delle due valvole 4 di aspirazione. In ciascun cilindro 2 la corrispondente apertura 10 di uscita sfocia in un primo condotto 12 di aspirazione accoppiata ad una prima valvola 4 di aspirazione e la corrispondente apertura 11 di uscita sfocia in un secondo condotto 12 di aspirazione che à ̈ accoppiato ad una seconda valvola 4 di aspirazione ed à ̈ separato ed affiancato al primo condotto 12 di aspirazione. In altre parole, in ciascun cilindro 2 le due aperture 10 e 11 di uscita gemelle ed affiancate alimentano una corrispondente valvola 6 di aspirazione a testa.

Ciascuna apertura 11 di uscita à ̈ libera, ovvero à ̈ direttamente comunicante con la camera 7 di aspirazione senza alcun tipo di “ostacolo†o “limitazione†; al contrario, ciascuna apertura 10 di uscita à ̈ parzializzabile in quanto comunica con la camera 7 di aspirazione unicamente attraverso un canale 13 di alimentazione (comune a tutte le aperture 10 di uscita parzializzate) che si origina all’interno della camera 7 di aspirazione in corrispondenza di una (unica) presa d’aria 14 regolata da una valvola 15 a farfalla di parzializzazione. In altre parole, il collettore 3 di aspirazione comprende un unico canale 13 di alimentazione che à ̈ completamente disposto all’interno della camera 7 di aspirazione, si origina in corrispondenza della (unica) presa d’aria 14 (ovviamente disposta dentro alla camera 7 di aspirazione) regolata dalla valvola 15 a farfalla di parzializzazione e sfocia nelle sei aperture 10 di uscita parzializzate (cioà ̈ sfocia in corrispondenza di ciascuna apertura 10 di uscita parzializzata).

Quindi, l’aria fresca che arriva all’interno della camera 7 di aspirazione del collettore 3 di aspirazione può fluire verso i cilindri 2 attraverso le sei aperture 11 di uscita libere senza alcun impedimento o ostacolo. Invece, l’aria che arriva all’interno della camera 7 di aspirazione del collettore 3 di aspirazione può fluire verso i cilindri 2 attraverso le sei aperture 10 di uscita parzializzate solo in funzione del grado di apertura della valvola 15 a farfalla di parzializzazione che regola la presa d’aria 14 del canale 13 di alimentazione; ad esempio, se la valvola 15 a farfalla di parzializzazione chiude completamente la presa d’aria 14 del canale 13 di alimentazione, il canale 13 di alimentazione e le sei aperture 10 di uscita parzializzate sono isolati dalla camera 7 di aspirazione e quindi attraverso le sei aperture 10 di uscita parzializzate non fluisce alcuna portata d’aria verso i cilindri 2.

Riassumendo, il canale 13 di alimentazione assieme alla valvola 15 a farfalla costituisce un dispositivo di parzializzazione, il quale à ̈ atto a variare durante il funzionamento del motore 1 a combustione interna la sezione complessiva di passaggio dell’aria verso i cilindri 2 in modo tale che la sezione complessiva di passaggio dell’aria verso i cilindri 2 sia minore a bassi regimi (per aumentare la turbolenza e quindi favorire la miscelazione del carburante con l’aria fresca) e sia maggiore ad alti regimi (per aumentare la potenza generata).

Come chiaramente visibile nella figura 4, il canale 13 di alimentazione si biforca immediatamente a valle della presa d’aria 14 in due rami distinti, ciascuno dei quali comunica con le apertura 10 di uscita parzializzate di uno stesso banco di cilindri 2.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, il collettore 3 di aspirazione comprende una piastra 16 di montaggio che à ̈ meccanicamente collegabile ad una testa dei cilindri 2 per realizzare il collegamento meccanico e pneumatico tra il collettore 3 di aspirazione e la testa dei cilindri 2. Attraverso la piastra 16 di montaggio sono ricavate le aperture 10 di uscita parzializzate e le aperture 11 di uscita libere in modo tale che ciascuna apertura 10 di uscita parzializzata sia disposta di fianco alla corrispondente apertura 11 di uscita libera. La piastra 16 di montaggio presenta lungo il perimetro esterno una pluralità di fori 17 passanti, ciascuno dei quali à ̈ atto a ricevere una vite che si avvita nella testa dei cilindri 2.

Inoltre, il collettore 3 di aspirazione comprende un guscio 18 internamente cavo che presenta l’apertura 8 di ingresso, comprende il canale 13 di alimentazione, ed à ̈ fissato alla piastra 16 di montaggio per delimitare, assieme alla piastra 16 di montaggio stessa, la camera 7 di aspirazione; in altre parole, la camera 7 di aspirazione à ̈ delimitata superiormente e lateralmente dal guscio 18 ed à ̈ delimitata inferiormente dalla piastra 16 di montaggio. Il guscio 18 à ̈ composto da una parte 19 superiore e da una parte 20 inferiore tra loro unite. La parte 20 inferiore del guscio 18 à ̈ direttamente collegata alla piastra 16 di montaggio e comprende una porzione inferiore (ovvero una metà inferiore) del canale 13 di alimentazione, mentre la parte 19 superiore del guscio 18 presenta l’apertura 8 di ingresso e comprende una porzione superiore (ovvero una metà superiore) del canale 13 di alimentazione.

Preferibilmente, le due parti 19 e 20 del guscio 18 sono tra loro unite mediante saldatura; in alternativa, le due parti 19 e 20 del guscio 18 potrebbero essere tra loro uniti mediante incollaggio. Analogamente, il guscio 18 (ovvero la parte 20 inferiore del guscio 18) Ã ̈ unito mediante saldatura alla piastra 16 di montaggio; in alternativa, il guscio 18 (ovvero la parte 20 inferiore del guscio 18) potrebbe essere unito alla piastra 16 di montaggio mediante incollaggio.

Secondo una preferita forma di attuazione visibile nella figura 3, la presa d’aria 14 à ̈ disposta parallela ed affacciata alla apertura 8 di ingresso. Inoltre, la camera 7 di aspirazione à ̈ provvista di una apertura 21 di ingresso (ricavata attraverso la parte 19 superiore del guscio 18) attraverso la quale dei gas di scarico (provenienti da un condotto EGR) vengono alimentati dentro alla camera 7 di aspirazione. Preferibilmente, l’apertura 21 di ingresso à ̈ disposta tra l’apertura 8 di ingresso e la presa d’aria 14; in questo modo à ̈ possibile miscelare meglio i gas di scarico nell’aria che viene aspirata dentro alla camera 7 di aspirazione e soprattutto à ̈ possibile distribuire in modo uniforme i gas di scarico nell’aria che fluisce attraverso le aperture 10 di uscita parzializzate e nell’aria che fluisce attraverso le aperture 11 di uscita libere. Per migliorare ulteriormente la distribuzione uniforme dei gas di scarico, alla apertura 21 di ingresso à ̈ collegato un condotto 22 di immissione che si estende all’interno della camera 7 di aspirazione e sfocia in una area della camera 7 di aspirazione compresa tra l’apertura 8 di ingresso e la presa d’aria 14.

Secondo quanto illustrato nelle figure 6 e 7, il condotto 22 di immissione comprende un corpo 23 tubolare di forma cilindrica che ad una estremità à ̈ collegato alla apertura 21 di ingresso mediante un raccordo 24 (l’apertura 21 di ingresso presenta un diametro maggiore rispetto al corpo 23 tubolare e quindi il raccordo presenta un diametro variabile) ed all’estremità opposto à ̈ chiuso da una parete 25 di fondo. Secondo quanto illustrato nella figura 7, il corpo 23 tubolare presenta una dimensione L1 assiale (ovvero parallela all’asse A1 longitudinale del corpo 23 tubolare) ed un diametro D. Secondo quanto illustrato nelle figure 6 e 7, la superficie laterale del corpo 23 tubolare presenta un foro 26 passante che costituisce una apertura di immissione attraverso la quale i gas di scarico (che sono entrati nel corpo 23 tubolare attraverso l’apertura 21 di ingresso) entrano nella camera 7 di aspirazione. Il foro 26 passante presenta in pianta una forma rettangolare (visibile nella figura 7) ed ha una dimensione L1 assiale (ovvero parallela all’asse A1 longitudinale del corpo 23 tubolare) ed una dimensione L3 circonferenziale (ovvero misurata lungo la circonferenza del corpo 23 tubolare).

Sorprendentemente, à ̈ stato osservato che à ̈ possibile ottenere una ottimale immissione dei gas di scarico nella camera 7 di aspirazione se il foro 26 passante à ̈ spostato verso la parete 25 di fondo (cioà ̈ se si trova nella metà del corpo 23 tubolare prossima alla parete 25 di fondo e quindi più lontana dall’apertura 21 di ingresso), se il rapporto tra la dimensione L3 circonferenziale del foro 26 passante e la dimensione L2 assiale del foro 26 passante à ̈ compreso tra 0,4 e 0,5, e se esiste un disallineamento T tra la proiezione dell’asse A1 longitudinale del corpo 23 tubolare e l’asse A2 di mezzeria longitudinale del foro 26 passante (preferibilmente, il disallineamento T tra la proiezione dell’asse A1 longitudinale del corpo 23 tubolare e l’asse A2 di mezzeria longitudinale del foro 26 passante à ̈ pari al 25% del diametro D del corpo 23 tubolare). In particolare, la dimensione L2 assiale del foro 26 passante à ̈ minore della metà della dimensione L1 assiale del corpo 23 tubolare ed il foro 26 passante à ̈ completamente disposto nella metà del corpo 23 tubolare prossima alla parete 25 di fondo e quindi più lontana dall’apertura 21 di ingresso.

Secondo una preferita forma di attuazione visibile nella figura 3, la valvola 9 a farfalla principale comprende un singolo piattello 27 a farfalla che à ̈ montato girevole, ed un dispositivo 28 di attuazione che ruota il piattello 27 a farfalla ed à ̈ disposto esternamente al guscio 18. In particolare, il dispositivo 28 di attuazione à ̈ alloggiato in una scatola che à ̈ provvista di un coperchio ed à ̈ fissata (tipicamente mediante viti) al guscio 18. Analogamente, la valvola 15 a farfalla di parzializzazione comprende un singolo piattello 29 a farfalla che à ̈ montato girevole, ed un dispositivo 30 di attuazione che ruota il piattello 29 a farfalla ed à ̈ disposto esternamente al guscio 18. In particolare, il dispositivo 30 di attuazione à ̈ alloggiato in una scatola che à ̈ provvista di un coperchio ed à ̈ fissata (tipicamente mediante viti) al guscio 18.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2 e 5, il collettore 3 di aspirazione comprende un sensore 31 di pressione che à ̈ disposto tra l’apertura 8 di ingresso e la presa d’aria 14; tale posizionamento del sensore 31 di pressione à ̈ ottimale in quanto permette di ottenere una misura della pressione particolarmente precisa ed affidabile ai fini del controllo motore.

Il collettore 3 di aspirazione sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il collettore 3 di aspirazione sopra descritto à ̈ di semplice ed economica realizzazione, in quanto presenta una unica valvola 15 a farfalla di parzializzazione che à ̈ comune per tutti i cilindri 2. Inoltre, nel collettore 3 di aspirazione sopra descritto entrambi i dispositivi 28 e 30 di attuazione delle valvole 9 e 15 a farfalla sono disposti dal lato opposto del collettore 3 di aspirazione rispetto ai cilindri 2, ovvero sono relativamente lontani dal punto più caldo del motore 1 a combustione interna; in questo modo à ̈ più semplice mantenere adeguatamente bassa la temperatura dei dispositivi 28 e 30 di attuazione a tutto vantaggio dell’affidabilità nel tempo dei dispositivi 28 e 30 di attuazione stessi.

Infine, il collettore 3 di aspirazione sopra descritto à ̈ estremamente compatto, ovvero presenta un ingombro complessivo ed un peso molto piccoli. In questo modo, il collettore 3 di aspirazione sopra descritto presenta il minimo ingombro e la massima possibilità di integrazione all’interno del vano motore di un veicolo.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Collettore (3) di aspirazione con dispositivo di parzializzazione per un motore (1) a combustione interna provvisto di almeno un cilindro (2); il collettore (3) di aspirazione comprende: una camera (7) di aspirazione provvista di una prima apertura (8) di ingresso attraverso la quale l’aria fresca viene alimentata dentro alla camera (7) di aspirazione stessa, e provvista, per ciascun cilindro (2), di una apertura (10) di uscita parzializzata e di una apertura (11) di uscita libera che alimentano l’aria fresca al cilindro (2) stesso; una valvola (9) a farfalla principale che à ̈ disposta in corrispondenza della prima apertura (8) di ingresso e regola la sezione di passaggio della prima apertura (8) di ingresso stessa; un canale (13) di alimentazione che si origina all’interno della camera (7) di aspirazione in corrispondenza di una presa d’aria (14) e sfocia in corrispondenza di ciascuna apertura (10) di uscita parzializzata; ed una valvola (15) a farfalla di parzializzazione che à ̈ disposta in corrispondenza della presa d’aria (14) e regola la sezione di passaggio della presa d’aria (14) stessa; il collettore (3) di aspirazione à ̈ caratterizzato dal fatto di comprendere: una piastra (16) di montaggio che à ̈ meccanicamente collegabile ad una testa dei cilindri (2) ed attraverso la quale sono ricavate le apertura (10) di uscita parzializzate e le aperture (11) di uscita libere in modo tale che ciascuna apertura (10) di uscita parzializzata sia disposta di fianco alla corrispondente apertura (11) di uscita libera; ed un guscio (18) internamente cavo che presenta la prima apertura (8) di ingresso, comprende il canale (13) di alimentazione, ed à ̈ fissato alla piastra (16) di montaggio per delimitare, assieme alla piastra (16) di montaggio stessa, la camera (7) di aspirazione.
2. 2) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 1, in cui la piastra (16) di montaggio presenta lungo il perimetro esterno una pluralità di fori (17) passanti, ciascuno dei quali à ̈ atto a ricevere una vite che si avvita nella testa dei cilindri (2).
3. 3) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui: il guscio (18) Ã ̈ composto da una parte (19) superiore e da una parte (20) inferiore tra loro unite; la parte (20) inferiore del guscio (18) Ã ̈ direttamente collegata alla piastra (16) di montaggio e comprende una porzione inferiore del canale (13) di alimentazione; e la parte (19) superiore del guscio (18) presenta la prima apertura (8) di ingresso e comprende una porzione superiore del canale (13) di alimentazione.
4. 4) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui la presa d’aria (14) à ̈ disposta parallela ed affacciata alla prima apertura (8) di ingresso.
5. 5) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 4 e comprendente un sensore (31) di pressione che à ̈ disposto tra la prima apertura (8) di ingresso e la presa d’aria (14).
6. 6) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui: la camera (7) di aspirazione à ̈ provvista di una terza apertura (21) di ingresso attraverso la quale dei gas di scarico vengono alimentati dentro alla camera (7) di aspirazione; la terza apertura (21) di ingresso à ̈ disposta tra la prima apertura (8) di ingresso e la presa d’aria (14).
7. 7) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 6, in cui alla terza apertura (21) di ingresso à ̈ collegato un condotto (22) di immissione che si estende all’interno della camera (7) di aspirazione e sfocia in una area della camera (7) di aspirazione compresa tra la prima apertura (8) di ingresso e la presa d’aria 8) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 7, in cui: il condotto (22) di immissione comprende un corpo (23) tubolare di forma cilindrica che ad una estremità à ̈ collegato alla apertura (21) di ingresso ed all’estremità opposto à ̈ chiuso da una parete (25) di fondo; e la superficie laterale del corpo (23) tubolare presenta un foro (26) passante che costituisce una apertura di immissione attraverso la quale i gas di scarico entrano nella camera (7) di aspirazione. 9) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 8, in cui il foro (26) passante presenta in pianta una forma rettangolare. 10) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 9, in cui il foro (26) passante à ̈ spostato verso la parete (25) di fondo e si trova nella metà del corpo (23) tubolare prossima alla parete (25) di fondo e quindi più lontana dall’apertura (21) di ingresso. 11) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui il rapporto tra una dimensione L(3) circonferenziale del foro (26) passante ed una dimensione L(2) assiale del foro (26) passante à ̈ compreso tra 0,4 e 0,5. 12) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 9, 10 o 11, in cui esiste un disallineamento (T) tra la proiezione dell’asse (A1) longitudinale del corpo (23) tubolare e l’asse (A2) di mezzeria longitudinale del foro (26) passante. 13) Collettore (3) di aspirazione secondo la rivendicazione 12, in cui il disallineamento (T) tra la proiezione dell’asse (A1) longitudinale del corpo (23) tubolare e l’asse (A2) di mezzeria longitudinale del foro (26) passante à ̈ pari al 25% del diametro (D) del corpo (23) tubolare. 14) Collettore (3) di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui la valvola (9) a farfalla principale comprende un singolo piattello (27) a farfalla che à ̈ montato girevole, ed un dispositivo (28) di attuazione che ruota il piattello (27) a farfalla ed à ̈ disposto esternamente al guscio (18). 15) Collettore (3) di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 14, in cui la valvola (15) a farfalla di parzializzazione comprende un singolo piattello (29) a farfalla che à ̈ montato girevole, ed un dispositivo (30) di attuazione che ruota il piattello (29) a farfalla ed à ̈ disposto esternamente al guscio (18). 16) Collettore (3) di aspirazione secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15, in cui il canale (13) di alimentazione si biforca immediatamente a valle della presa d’aria (14) in due rami distinti, ciascuno dei quali comunica con le apertura (10) di uscita parzializzate di uno stesso banco di cilindri (2).