ITBO20130690A1 - Dispositivo di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche per un dispositivo attuatore per un motore a combustione interna - Google Patents
Dispositivo di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche per un dispositivo attuatore per un motore a combustione internaInfo
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
“DISPOSITIVO DI FILTRAGGIO DELLE EMISSIONI ELETTROMAGNETICHE PER UN DISPOSITIVO ATTUATORE PER UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA”
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un dispositivo di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche per un dispositivo attuatore per un motore a combustione interna. ARTE ANTERIORE
Nei motori a combustione interna è prevista una valvola a farfalla disposta a monte di un collettore di aspirazione che regola la portata dell’aria che viene alimentata ai cilindri. Una tipica valvola a farfalla attualmente in commercio presenta un corpo valvola provvisto di un condotto di alimentazione tubolare attraverso cui fluisce l’aria aspirata dal motore a combustione interna; all’interno del condotto di alimentazione è alloggiato un piattello a farfalla, il quale è calettato su di un albero girevole per ruotare tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura del condotto di alimentazione.
La rotazione del piattello a farfalla è comandata da un dispositivo attuatore comprendente normalmente un motore elettrico accoppiato all’albero girevole del piattello a farfalla mediante una trasmissione ad ingranaggi ed almeno una molla che spinge l’albero girevole del piattello a farfalla verso la posizione di chiusura.
Il dispositivo attuatore della valvola a farfalla, così come altri dispositivi attuatori del motore a combustione interna (ad esempio, in una turbina a geometria variabile di un turbocompressore in un motore a combustione interna sovralimentato) deve soddisfare dei requisiti sempre più stringenti imposti dalle normative internazionali in materia di compatibilità elettromagnetica come ad esempio CISPR 25 FIAT 9.90111, VW TL 965 e PSA B21 7110.
Per questo motivo, il dispositivo attuatore comprende solitamente un dispositivo di filtraggio per permettere al dispositivo attuatore di soddisfare tali normative in materia di compatibilità elettromagnetica, in particolare per quanto riguarda le emissioni elettromagnetiche condotte e irradiate. In sostanza, il dispositivo di filtraggio è un filtro del tipo passa basso che attenua le componenti di disturbo che il dispositivo attuatore tenderebbe ad emettere. Ovviamente, il filtro deve risultare trasparente alla frequenza di alimentazione (0-20 KHz) per permettere il corretto funzionamento del dispositivo attuatore e al contempo deve essere tale da attenuare le componenti di disturbo nel campo di frequenze stabilite dalle normative in materia di compatibilità elettromagnetica (ovvero 150 KHz a 2,5 GHz).
I dispositivi di filtraggio di tipo noto e attualmente in commercio presentano però alcuni inconvenienti in quanto risultano costosi e ingombranti e, di conseguenza, difficili da integrare nel corpo valvola di una valvola a farfalla.
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è di fornire un dispositivo di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche per un dispositivo attuatore per un motore a combustione interna, il quale sia di facile ed economica realizzazione e sia privo degli inconvenienti dello stato dell’arte.
Ulteriore scopo della presente invenzione è di fornire un dispositivo attuatore per un motore a combustione interna, il quale sia di facile ed economica realizzazione e sia privo degli inconvenienti dello stato dell’arte.
Ulteriore scopo della presente invenzione è di fornire una valvola a farfalla per un motore a combustione interna e una turbina a geometria variabile per un turbocompressore per un motore a combustione interna sovralimentato, i quali siano di facile ed economica realizzazione e siano privi degli inconvenienti dello stato dell’arte
Secondo la presente invenzione vengono forniti un dispositivo di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche, un dispositivo attuatore, una valvola a farfalla e una turbina a geometria variabile per un turbocompressore 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 è una vista prospettica, parzialmente esplosa e con parti asportate per chiarezza di una valvola a farfalla provvista di un dispositivo di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche realizzato in accordo con la presente invenzione;
- la figura 2 è una vista frontale e con parti asportate per chiarezza della valvola a farfalla della figura 1; e
- la figura 3 è una vista schematica di un dispositivo attuatore della valvola a farfalla della figura 1.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è indicata nel suo complesso una valvola a farfalla a controllo elettronico per un motore a combustione interna (non illustrato). La valvola 1 a farfalla comprende un corpo 2 valvola alloggiante un dispositivo attuatore provvisto di un motore 3 elettrico (illustrato nella figura 2), un condotto 4 di alimentazione tubolare a sezione circolare attraverso cui fluisce l’aria aspirata dal motore a combustione interna, ed un piattello 5 a farfalla (illustrato schematicamente in tratteggio), il quale è di forma circolare, impegna il condotto 4 di alimentazione e ruota tra una posizione di apertura e una posizione di chiusura del condotto 4 di alimentazione per effetto dell’azione di un dispositivo attuatore. Il piattello 5 a farfalla è calettato su di un albero 6 girevole presentante un asse 7 di rotazione longitudinale per ruotare sotto il controllo del dispositivo attuatore tra la posizione di apertura e la posizione di chiusura per effetto dell’azione del dispositivo attuatore.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, il dispositivo attuatore comprende il motore 3 elettrico che è accoppiato all’albero 6 girevole mediante una trasmissione 8 ad ingranaggi, una molla di ritorno (non illustrata ed accoppiata all’albero 6 girevole) atta a ruotare il piattello 5 a farfalla verso la posizione di chiusura, ed eventualmente una molla di contrasto (non illustrata ed accoppiata all’albero 6 girevole) atta a ruotare il piattello 5 a farfalla verso una posizione di parziale apertura o posizione di limp-home contro l’azione della molla di ritorno. In particolare, la molla di contrasto che ruotare il piattello 5 a farfalla verso la posizione di limp-home contro l’azione della molla di ritorno è presente se la valvola 1 a farfalla è destinata a venire utilizzata in un motore a combustione interna funzionante secondo il ciclo Otto ad accensione comandata della miscela (quindi alimentato a benzina o similari), mentre la molla di contrasto non è presente se la valvola 1 a farfalla è destinata a venire utilizzata in un motore a combustione interna funzionante secondo il ciclo Diesel ad accensione spontanea della miscela (quindi alimentato a gasolio o similari).
Il motore 3 elettrico presenta un corpo cilindrico, il quale è disposto in un alloggiamento 9 tubolare (illustrato nella figura 1) disposto a fianco del condotto 4 di alimentazione ed è mantenuto in una posizione determinata all’interno dell’alloggiamento 9 tubolare da una piastra 10 metallica; la piastra 10 metallica presenta una coppia di connettori 11 elettrici femmina, i quali sono elettricamente collegati al motore 3 elettrico e sono atti a venire impegnati da una coppia di rispettivi connettori 12 elettrici maschio (illustrati nella figura 1). Per assicurare un corretto fissaggio del motore 3 elettrico al corpo 2 valvola, la piastra 10 presenta tre appendici 13 radiali forate, attraverso le quali vengono inserite rispettive viti 14 di fissaggio al corpo 2 valvola.
Il motore 3 elettrico presenta un albero 15 terminante con una ruota 16 dentata, la quale è meccanicamente collegata all’albero 6 girevole mediante una ruota 17 dentata folle interposta tra la ruota 16 dentata ed un ingranaggio 18 finale calettato sull’albero 6 girevole. La ruota 17 dentata presenta una prima serie di denti 19 accoppiati alla ruota 16 dentata ed una seconda serie di denti 20 accoppiati all’ingranaggio 18 finale; il diametro della prima serie di denti 19 è diverso dal diametro della seconda serie di denti 20, quindi la ruota 17 dentata determina una rapporto di trasmissione non unitario. L’ingranaggio 18 finale è definito da un corpo 21 cilindrico centrale pieno calettato sull’albero 6 girevole e provvisto di una porzione 22 di corona circolare provvista di una serie di denti accoppiati alla ruota 17 dentata.
La trasmissione 8 ad ingranaggi e la piastra 10 sono disposte in una camera 23 del corpo 2 valvola, la quale viene chiusa da un coperchio 24 asportabile (illustrato nella figura 1).
Secondo quanto illustrato nelle figure 1 e 2, la valvola 1 a farfalla comprende un sensore 25 di posizione induttivo di tipo “senza contatto”, il quale è accoppiato all’albero 6 girevole ed è atto a rilevare la posizione angolare dell’albero 6 girevole e, quindi, del piattello 5 a farfalla per permettere una controllo in retroazione della posizione del piattello 5 a farfalla stesso. Il sensore 25 di posizione comprende un rotore 26 solidale all’albero 6 girevole ed uno statore 27 supportato dal coperchio 24 ed in uso disposto affacciato al rotore 26; il rotore 26 è definito da una spira 28 metallica piana, la quale è chiusa in cortocircuito, presenta una serie di lobi 29, ed è inglobata nel corpo 21 cilindrico centrale dell’ingranaggio 18 finale. Lo statore 27 del sensore 25 di posizione comprende una basetta 30 di supporto, la quale è collegata ad una parete 31 interna del coperchio 24 mediante quattro rivetti 32 plastici.
Secondo quanto illustrato nella figura 1, il coperchio 24 è provvisto di un connettore 33 elettrico femmina, il quale comprende una serie di contatti elettrici (non illustrati in dettaglio): due contatti elettrici sono collegati ai connettori 12 elettrici maschio atti ad alimentare il motore 3 elettrico, mentre gli altri contatti elettrici sono collegati allo statore 27 del sensore 25 di posizione; quando il coperchio 24 viene disposto a contatto del corpo 2 valvola per chiudere la camera 23, il connettore 33 elettrico femmina risulta disposto sopra all’alloggiamento 9 tubolare del motore 3 elettrico.
Secondo quanto illustrato nella figura 2, è previsto un elemento 34 di riscontro fisso, il quale è costituito da una appendice del corpo 2 valvola che si protende all’interno della camera 23 e limita la rotazione dell’albero 6 girevole costituendo un fine-corsa meccanico che definisce la massima posizione di chiusura fisicamente raggiungibile dall’albero 6 girevole stesso (e quindi dal piattello 5 a farfalla). In particolare, l’elemento 34 di riscontro è disposto in modo da interferire con la traiettoria compiuta dalla porzione 22 di corona circolare che è provvista di una serie di denti accoppiati alla ruota 17 dentata ed è angolarmente solidale all’albero 6 girevole. La funzione dell’elemento 34 di riscontro è di impedire meccanicamente che il piattello 5 a farfalla possa piantarsi ad interferenza contro il condotto 4 di alimentazione, situazione che potrebbe determinare la deformazione del piattello 5 a farfalla, la deformazione del condotto 2 di alimentazione o, caso ancora peggiore, il blocco della valvola 1 a farfalla.
Secondo quanto illustrato nella figura 3, il dispositivo attuatore comprende un motore 3 elettrico del tipo in corrente continua. Secondo una preferita forma di attuazione, il motore 3 elettrico è un motore 3 a magneti permanenti; preferibilmente in ferrite e preferibilmente con una tensione di alimentazione di 13 V.
Inoltre, il dispositivo attuatore comprende un filtro EMI (electromagnetic interference) per permettere al dispositivo attuatore di soddisfare le normative in materia di compatibilità elettromagnetica, in particolare per quanto riguarda le emissioni elettromagnetiche condotte e irradiate. In sostanza, il filtro EMI è un filtro del tipo passa basso che attenua le componenti di disturbo che il dispositivo attuatore tenderebbe ad emettere. Ovviamente, il filtro deve risultare trasparente alla frequenza di alimentazione (0-20 KHz) per permettere il corretto funzionamento del dispositivo attuatore e al contempo deve essere tale da attenuare le componenti di disturbo nel campo di frequenze stabilite dalle normative in materia di compatibilità elettromagnetica (ovvero tra 150 KHz e 2,5 GHz).Il filtro EMI comprende un condensatore Cxdi linea che è collegato in parallelo ai morsetti di alimentazione. Il condensatore Cxdi linea presenta una capacità elevata. In particolare, il condensatore Cxdi linea presenta una capacità compresa fra 700 e e 1300 pF; preferibilmente il condensatore Cxdi linea presenta una capacità pari a 1000 pF. Il condensatore Cxdi linea assolve la funzione di un lato aperto alla frequenza di alimentazione (0-20 KHz), mentre al contempo devia eventuali correnti di disturbo nel campo di frequenze stabilite dalle normative in materia di compatibilità elettromagnetica (ovvero fra 150 KHz e 2,5 GHz) Il dispositivo attuatore comprende poi una coppia di condensatori di fase-terra, indicati rispettivamente con Cy1e Cy2. Ciascuno dei due condensatori Cy1e Cy2di faseterra è collegato in parallelo tra un rispettivo morsetto di alimentazione e la massa elettrica del circuito di tensione.
Secondo una preferita variante i due condensatori Cy1e Cy2di fase-terra presentano la stessa capacità. Secondo una preferita variante i due condensatori Cy1e Cy2di fase-terra presentano una capacità inferiore alla capacità del condensatore Cxdi linea. In particolare, i due condensatori Cy1e Cy2di fase-terra presentano una capacità compresa fra 300 e e 560 pF; preferibilmente i due condensatori Cy1e Cy2di fase-terra presentano una capacità pari a 330 pF.
Appare evidente che i due condensatori Cy1e Cy2di fase-terra non possono presentare capacità molto elevate, perché in tal caso offrirebbero una impedenza troppo bassa alla frequenza di alimentazione (0-20 KHz) che potrebbe provocare problemi di sicurezza del dispositivo attuatore.
Il dispositivo attuatore comprende inoltre una coppia di resistenze, indicate rispettivamente con R1e R2che sono permanentemente collegate in parallelo ad un rispettivo condensatore Cy1e Cy2di fase-terra della coppia di condensatori Cy1e Cy2di fase-terra. Ciascuna resistenza R1e R2rappresenta un elemento di sicurezza per il rispettivo condensatore Cy1e Cy2di fase-terra convogliando eventuali scariche di natura elettrostatica.
Secondo una preferita variante le due resistenze R1e R2presentano lo stesso valore resistivo. In particolare, le due resistenze R1e R2presentano un valore resistivo compreso fra 100 e 200 kΩ, preferibilmente le due resistenze R1e R2presentano un valore resistivo pari a 150 kΩ. Il valore resistivo delle due resistenze R1e R2è tale da non compromettere il normale funzionamento del filtro EMI ed intervenire solo in caso di scariche ad alta tensione dell’ordine di alcuni KVolt.
Infine, il dispositivo attuatore comprende una coppia di induttori, indicati rispettivamente con L1e L2. Ciascuno dei due induttori L1e L2è collegato in serie tra un rispettivo morsetto di alimentazione e il motore 3 elettrico. I due induttori L1e L2presentano delle induttanze significative nel campo di frequenze stabilite dalle normative in materia di compatibilità elettromagnetica (ovvero tra 150 KHz e 2,5 GHz).
Secondo una preferita variante i due induttori L1e L2presentano lo stesso valore di induttanza. In particolare, si è verificato sperimentalmente che un valore ottimale di induttanza per i due induttori L1e L2è compreso fra 3 e 6 µH; preferibilmente i due induttori L1e L2presentano una induttanza pari a 4 µH.
Si è verificato sperimentalmente che nel dispositivo attuatore fin qui descritto si rende opportuno l’impiego di condensatori Cxdi linea e di condensatori Cy1e Cy2di faseterra appartenenti alla famiglia dei condensatori ceramici multistrato (anche noti come multi layer ceramic capacitor - MLCC), ovvero dei condensatori Cxdi linea e di condensatori Cy1e Cy2di fase-terra comprendenti una pluralità di strati alternati di materiali conduttori e materiali ceramici che presentano dimensioni contenute, un costo relativamente ridotto e dei valori accettabili di tolleranza e del fattore di dissipazione. Tali condensatori Cxdi linea e condensatori Cy1e Cy2di fase-terra ceramici multistrato (anche noti come multi layer ceramic capacitor - MLCC) trovano vantaggiosa applicazione per la riduzione dei disturbi a radiofrequenza e consentono di ridurre in modo considerevole le emissioni elettromagnetiche condotte e irradiate dal dispositivo attuatore.
In particolare, attraverso prove sperimentali si è verificato che l’impiego di un condensatore MURATA<®>con dielettrico X8G come condensatore Cxdi linea oppure come condensatore Cy1e Cy2di fase-terra consente di resistere per diverse migliaia di ore alle temperature piuttosto elevate che si raggiungono nel vano motore (dell’ordine dei 150 °C) mantenendo un valore di capacità sostanzialmente costante.
Il motore 3 elettrico è disposto all’interno di un corpo di alloggiamento (non illustrato) che è in grado di ospitare al suo interno anche il filtro EMI fin qui descritto per effetto del suo ingombro complessivo piuttosto ridotto dovuto alle dimensioni relativamente contenute dei condensatori Cxdi linea e dei condensatori Cy1e Cy2di fase-terra. In altre parole, il dispositivo attuatore, cioè sia il motore 3 elettrico sia il dispositivo EMI di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche sono alloggiati all’interno dello steso corpo di alloggiamento (non illustrato). Non si rende quindi necessaria la presenza di circuiti esterni di supporto del dispositivo EMI di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche collegati al motore 3 elettrico.
Appare evidente che il filtro EMI fin qui descritto può trovare vantaggiosa applicazione non solo nel dispositivo attuatore della valvola a farfalla a controllo elettronico per un motore a combustione interna, ma anche in altri dispositivi attuatori all’interno del motore a combustione interna per soddisfare le normative in materia di compatibilità elettromagnetica. A titolo di esempio, il filtro EMI fin qui descritto può trovare vantaggiosa applicazione in un dispositivo attuatore per una applicazione scelta dalla lista (non esaustiva) che segue: turbina a geometria variabile di un turbocompressore in un motore a combustione interna sovralimentato (anche noti come VNT - Variable Nozzle Turbocharger), sistemi swirl per iniettori, ecc.
Il filtro EMI fin qui descritto presenta alcuni vantaggi. In primo luogo consente di ridurre in modo considerevole le emissioni elettromagnetiche condotte e irradiate dal motore 3 elettrico e, al contempo, presenta un costo piuttosto contenuto e delle dimensioni ridotte che facilitano l’assemblaggio al corpo 2 valvola e garantiscono una soluzione compatta e intercambiabile (in termini di ingombri e layout elettrico).
Claims (1)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1.- Dispositivo (EMI) di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche per un dispositivo attuatore per un motore a combustione interna comprendente un motore (3) elettrico, in particolare per un dispositivo attuatore di una valvola (1) a farfalla per un motore a combustione interna; il dispositivo (EMI) di filtraggio comprende un condensatore (Cx) di linea collegato in parallelo a dei morsetti di alimentazione e presentante una capacità compresa fra 700 e e 1300 pF; e due condensatori (Cy1e Cy2) di fase-terra, ciascuno dei quali è collegato in parallelo tra un rispettivo morsetto di alimentazione e la massa elettrica del circuito di tensione e presenta una capacità compresa fra 300 e e 560 pF. 2.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il condensatore (Cx) di linea presenta una capacità pari a 1000 pF. 3.- Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui i condensatori (Cy1e Cy2) di fase-terra presentano la stessa capacità pari a 330 pF. 4.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il condensatore (Cx) di linea e i condensatori (Cy1e Cy2) di fase-terra sono dei condensatori ceramici multistrato (multi layer ceramic capacitor -MLCC). 5.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente due induttori (L1, L2), ciascuno dei quali è collegato in serie tra un rispettivo morsetto di alimentazione ed il motore (3) elettrico. 6.- Dispositivo secondo la rivendicazione 5, in cui due induttori (L1, L2) presentano lo stesso valore di induttanza compreso fra 3 e 5 µH; preferibilmente i due induttori (L1, L2) presentano una induttanza pari a 4 µH. 7.- Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti e comprendente due resistenze (R1, R2), ciascuna delle quali è permanentemente collegata in parallelo ad un rispettivo condensatore (Cy1e Cy2) di fase-terra. 8.- Dispositivo secondo la rivendicazione 7, in cui le due resistenze (R1, R2) presentano un valore resistivo compreso fra 100 e 200 kΩ; preferibilmente le due resistenze (R1, R2) presentano un valore resistivo pari a 150 kΩ. 9.- Dispositivo attuatore per un motore (1) a combustione interna comprendente un motore (3) elettrico ed un dispositivo (EMI) di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche realizzato secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 8. 10.- Dispositivo attuatore secondo la rivendicazione 9 e comprendente un corpo di alloggiamento che integra al suo interno sia il motore (3) elettrico sia il dispositivo (EMI) di filtraggio delle emissioni elettromagnetiche. 11.- Valvola (1) a farfalla per un motore a combustione interna comprendente un dispositivo attuatore realizzato secondo la rivendicazione 9 oppure 10. 12.- Turbina a geometria variabile per un turbocompressore per un motore a combustione interna sovralimentato comprendente un dispositivo attuatore realizzato secondo la rivendicazione 9 oppure 10.
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