ITBO970587A1 - Riduttore di pressione per l'alimentazione di gas, in motori endotermi ci. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

RIDUTTORE DI PRESSIONE PER L'ALIMENTAZIONE DI GAS IN MOTORI ENDOTERMICI.

Il presente trovato concerne un riduttore di pressione per l’alimentazione di gas in motori endotermici.

E' ormai ampiamente nota l'applicazione, su autoveicoli dotati di motore a combustione interna con funzionamento principale a benzina, di impianti di trasformazione in grado di alimentare gli stessi motori anche mediante gas, quale metano o gas di petrolio liquefatto (GPL), realizzando così, nel complesso, una alimentazione mista.

Questi impianti di trasformazione (o meglio, di alimentazione mista) sono generalmente costituiti da un serbatoio del gas in pressione, da un riduttore che riduce la pressione del gas del serbatoio ad una pressione utile all'alimentazione del motore, e da una serie di condotti e relativi accessori per un agevole caricamento del serbatoio e per un ottimale funzionamento dell’intero impianto.

I riduttori finora utilizzati per autoveicoli con carburatore presentano, generalmente, un condotto di ingresso ad alta pressione in comunicazione col serbatoio dei gas, ed una o più camere di riduzione del valore della pressione fino a giungere ad una camera finale, o camera di comando, comunicante con l'aspirazione del motore.

II riduttore è strutturato in modo che, ad una depressione generatasi nella camera di comando a causa dell'aspirazione del motore, corrisponda una alimentazione di gas alla sua uscita e questo in quantità proporzionalmente maggiore al crescere del valore assoluto della depressione. Per permettere questo tipo di operazione i riduttori noti sono essenzialmente suddivisi in almeno due camere di riduzione (di 1 e 2° stadio ovvero di alta e bassa pressione) comprendenti, ognuna, una valvola ad otturatore del condotto di entrata gas collegato e comandato da molle e da piattelli disposti a contatto con membrane in modo tale permettere al flusso di gas di ridurre il proprio valore di pressione iniziale fino al valore finale richiesto dal'utilizzatore.

Con l'avvento dell'iniezione elettronica per l'alimentazione del carburante al motore, sono stati concepiti riduttori di seconda generazione, i quali, nella soluzione più comune per l’alimentazione di gas metano (CNG), sono generalmente composti da una camera o primo stadio di riduzione della pressione del gas alimentato dalla pressione presente nella bombola fino ad una pressione intermedia (di circa 13 bar), e da una ulteriore camera, collegata alla prima, definente un secondo stadio di riduzione - regolazione della pressione, generalmente da 13 a 9 bar, del gas che viene poi alimentato agli iniettori del motore a tale pressione; la regolazione di portata del gas per l'alimentazione agli iniettori è controllata da una centralina elettronica opportunamente tarata e "mappata" secondo valori prestabiliti.

Ovviamente le indicazioni sopra riportate potranno essere estese ai casi non già di alimentazione mista, bensì a quelli di alimentazione principale del motore mediante solo gas.

L'uso di iniettori di carburante ed il controllo dei valori di portata e getto degli stessi effettuato dalla centralina necessita, quale requisito fondamentale, di un riduttore che possa offrire una pressione del gas in uscita a valori estremamente precisi e costanti per poter ottenere un elevato e corretto rendimento di iniezione al motore sia a regime costante che alle alte e repentine richieste dell'utilizzatore.

I riduttori di seconda generazione di tipo noto, però, non riescono ancora ad ottenere un preciso e costante controllo della pressione con ovvi scompensi nella portata di gas e quindi nel rendimento del motore.

Questo inconveniente è dovuto al fatto che tali riduttori sono stati derivati da architetture costruttive relative ai precedenti riduttori per carburatori a cui sono stati semplicemente aggiunti sensori di controllo della pressione del gas (almeno nella seconda camera di riduzione) per ottenere dati di correzione da inviare alla centralina di controllo, senza però riuscire sempre ad ottenere i risultati di costanza e precisione sperati.

Lo scopo del presente trovato è pertanto quello di eliminare gli inconvenienti ora menzionati attraverso la realizzazione di un riduttore di pressione per l'alimentazione di gas in motori endotermici presentante una architettura costruttiva compatta, di minimo ingombro e tale da ottenere, sia alle alte che alle basse portate, una alimentazione di gas agli iniettori sempre costante e precisa.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento al disegno allegato, che ne rappresenta una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, dove il riduttore è rappresentato in una vista frontale parzialmente in sezione.

Conformemente alla figura del disegno allegato, il riduttore di pressione in oggetto, indicato nella sua globalità con 1, viene utilizzato per l'alimentazione di gas in motori endotermici di autoveicoli sfruttando la struttura dello stesso motore, con un sistema di alimentazione, ad iniezione, al medesimo motore e con il conseguente controllo dell'alimentazione effettuato da una centralina 32 (indicata con un semplice blocco in figura in quanto di tipo noto).

Questo riduttore 1 comprende nei suoi elementi essenziali: un corpo 2 a cui è collegato un primo condotto 3 (illustrato parzialmente ed in linea discontinua) di alimentazione di gas da un serbatoio e che alimenta una prima camera 4 di contenimento del gas già assoggettato ad un primo stadio di riduzione della pressione proveniente dal medesimo serbatoio; una seconda camera 5, in comunicazione con la prima camera 4, atta a ridurre ulteriormente la pressione dal valore presente nella prima camera 4 al valore richiesto dal motore ed a cui è collegato mediante un corrispondente condotto di uscita 6.

Ognuna delle camere 4 e 5 comprende un gruppo otturatore 7 e 8 atto a permettere, in funzione dei valori richiesti, il passaggio o l'occlusione del flusso del gas tra le camere 4 e 5 e l'esterno.

L'architettura di questo riduttore 1 , vedi sempre la figura, prevede che il corpo 2 sia suddiviso in due sezioni, indicate con A e B, che rappresentano, la prima, la zona adibita al passaggio di gas ad alta pressione (zone sinistra e centrale superiore guardando la figura), mentre la seconda zona B è adibita al passaggio ed alla riduzione controllata della pressione del gas fino all'uscita dello stesso a pressione costante (zone centrale inferiore e destra della figura).

Come risulta chiaro dalla figura, la struttura del corpo presenta una conformazione sostanzialmente a croce (definita dal posizionamento studiato dei vari componenti) che determina una struttura compatta e bilanciata del riduttore 1.

Tornando alle suddette sezioni A e B, la prima sezione A prevede due sottosezioni presentanti, la prima (quella a sinistra guardando la figura, un elemento di raccordo 9 e collegamento con il suddetto primo condotto 3 e sfociante in un vano 10 di alloggiamento di mezzi 11 di filtraggio di detto gas costituti da un vero e proprio filtro 11 f a sezione tubolare che permette il trattenimento di eventuali impurità presenti nel flusso di gas in passaggio; questo filtro 11f è avvolto su una struttura rìgida tubolare 11a presentante una superficie forata per il passaggio del gas filtrato.

La seconda sottosezione prevede un mezzo 12 di intercettazione per l'apertura o chiusura di un canale 13 di raccordo tra il suddetto vano 10 e la detta prima camera 4 di riduzione o 1° stadio. Il canale di raccordo 13 (nella presente solzione costruttiva ed a puro titolo esemplificativo) è suddiviso in due tratti 13a e 13b: il primo tratto 13a risulta a sviluppo orizzontale, mentre il secondo tratto 13b risulta angolato di 90° rispetto al primo.

Il mezzo 12 di intercettazione è costituito da una elettrovalvola 31 disposta verticalmente, agente nella zona di congiunzione dei suddetti due tratti 13a e 13b, ed asservita alla suddetta centralina 32 di comando dell'autoveicolo.

Sulla parte centrale del corpo 2 del riduttore 1 è anche realizzata una coppia di condotti 29 e 30 di passaggio di un fluido di riscaldamento del gas, i quali condotti 29 e 30 sono disposti da bande opposte al secondo tratto 13b del condotto di raccordo 13; l'alimentazione di fluido avviene grazie ad un collegamento idraulico con il circuito di raffreddamento dell’autoveicolo (qui non illustrato) per poter ottenere un aumento della temperatura del gas che durante la fase di espansione diminuisce fortemente.

Passando ora alla seconda sezione B, quest'ultima è composta da ulteriori due sottosezioni costituite dai due stadi di riduzione della pressione del gas.

La prima sottosezione, infatti, prevede la suddetta prima camera 4 di riduzione di pressione con relativo primo gruppo otturatore 7 disposto coassiale all'elettrovalvola 31 di apertura o chiusura.

Sempre osservando l'allegata figura, il primo gruppo otturatore 7 comprende un primo cilindro cavo 14 mobile lungo il proprio asse e solidale, ad una propria estremità, ad un primo elemento a valvola 15 per l'apertura o chiusura del suddetto canale 13 di raccordo; la strutturazione del primo cilindro cavo 14 definisce, in sostanza, un canale centrale di passaggio per il gas che sfocia in una terza camera 16 di bilanciamento assiale del primo gruppo otturatore 7.

Per poter ottenere il passaggio di gas al suo interno, il primo cilindro cavo 14 presenta una coppia di fori 26 passanti e radiali di passaggio appunto del gas, i quali fori sono realizzati in prossimità dell'estremità del primo cilindro cavo 14 associata al primo elemento £i valvola 15.

La suddetta terza camera di bilanciamento 16 presenta un canale centrale 27 sfociante entro un elemento a valvola 28 inferiore e tarabile atto a permettere uno sfogo di gas dalla terza camera 16 all'esterno in presenza di un valore di pressione superiore al valore tarato sull'elemento a valvola 28.

La seconda sottosezione è costituita dalla seconda camera 5 di riduzione e controllo e dal secondo gruppo otturatore 8 angolarmente disposti rispetto al primo gruppo otturatore 7, in pratica disposti ad angolo retto rispetto a quest'ultimo gruppo.

Il collegamento tra la prima camera 4 e la seconda camera 5 è realizzato tramite un condotto 17 sviluppantesi inclinato e ad ampia sezione di passaggio per controllare, ovvero eliminare, eventuali turbolenze o salti di velocità del flusso di gas al variare della richiesta a valle.

Il secondo gruppo otturatore 8 ricalca, come componenti, il primo gruppo 7, ed infatti comprende un secondo cilindro cavo 18 mobile lungo il proprio asse e contraffacciato, ad una propria estremità, ad un secondo elemento a valvola 19 di apertura o chiusura di del medesimo secondo cilindro e solidale direttamente ai corpo 2.

Il secondo cilindro cavo 18, a sua volta, definisce un canale centrale di passaggio per il gas sfociante in una quarta camera 20 di bilanciamento assiale del secondo gruppo otturatore 8, la quale quarta camera risulta aperta sul suddetto condotto di uscita 6.

Più in dettaglio, ogni gruppo otturatore 7 e 8 comprende una quinta camera cilindrica 21 a tenuta bilateralmente a contatto con le relative prima e seconda camera di riduzione 4 e 5 e rispettivamente con la terza e quarta camera di bilanciamento 16 e 20.

Ogni quinta camera 21 alloggia centralmente il relativo cilindro cavo 14 e 18 e presenta un foro 22 e 23 radiale aperto sull'esterno per il passaggio di aria a pressione atmosferica; all'interno di ogni quinta camera 21 è anche prevista una molla 24 e 25 di contrasto interposta tra le superfici della quinta camera 21 a contatto con le rispettive camere di riduzione 4 e 5 e bilanciamento 16 e 20. Tale molla 24 e 25 risulta calzata coassialmente sul relativo cilindro cavo 14 e 18 in modo da bilanciare la forza generata dalla pressione del gas, a regime di funzionamento, presente nelle camere con la forza elastica delle medesime molle.

Sostanzialmente il percorso del gas al momento dell'accensione del motore prevede (vedi frecce F della figura allegata) l’ingresso del flusso nell'elemento di raccordo 9 e quindi nel vano 10 dove il flusso di gas viene "ripulito" delle eventuali impurità; il flusso di gas, proseguendo, entra nel canale di raccordo 13 dove l'elettrovalvola 31, nel frattempo, si trova in una configurazione di apertura del medesimo canale di raccordo e permette il passaggio del gas nella prima camera 4 attraverso il primo elemento a valvola 15 che ne riduce la pressione.

Il gas entrato nella prima camera 4 fluisce anche all'interno del primo cilindro cavo 14, attraverso i fori radiali 26, per poi arrivare alla terza camera di bilanciamento 16. Quando la pressione presente nella terza camera di bilanciamento 16 genera una forza superiore alla forza della molla di contrasto 24, l'elemento a valvola 15, mosso dal primo cilindro cavo 14, tende a chiudere il canale di raccordo 13, mentre se la forza diminuisce il primo elemento a valvola 15 si apre mantenendo costante il valore di pressione nella prima camera 4.

Il flusso di gas, dopo essere stato assoggettato a questo 1° stadio di riduzione della pressione, entra nel condotto 17 inclinato per poi fluire nella seconda camera 5 dove viene effettuata una ulteriore riduzione della pressione del gas tramite il secondo elemento a valvola 19. Il gas a pressione ridotta ed idonea all'alimentazione del motore viene fatto passare attraverso il secondo cilindro cavo 18 per poi fluire nella quarta camera di bilanciamento 20 e poi nel condotto di uscita 6.

Anche in questo 2° stadio di riduzione la forza generata dalla pressione presente nella quarta camera 20 di bilanciamento permette l'apertura o la chiusura del secondo elemento a valvola 19, tramite lo scorrimento del secondo cilindro cavo 18, mantenendo così sempre costante il valore della pressione della seconda camera 5 e quindi anche del gas erogato nel condotto di uscita 6.

Dalla descrizione ora effettuata è quindi possibile dedurre come l'architettura costruttiva del riduttore in oggetto permetta di raggìungere pienamente gli scopi a cui è preposto: i due gruppi otturatori ed i due stadi di riduzione, infatti, risultano assialmente bilanciati non avendo forze dirette agenti sugli stessi con conseguente maggiore precisione nella portata di gas e nella pressione di uscita dello stesso.

II condotto 17 inclinato, di ampia sezione, permette di abbassare la velocità di passaggio del gas indipendentemente alla portata richiesta in modo da eliminare turbolenze e/o laminazioni durante il passaggio del gas.

In altre parole, l'architettura costruttiva del riduttore è pensata in modo da evitare che te basse ed alte portate di gas, funzione delle richieste del motore, influiscano sulla precisione di alimentazione finale di gas da parte del riduttore.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neH’ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equiva

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Riduttore di pressione per l'alimentazione di gas in motori endotermici di autoveicoli, riduttore (1) del tipo comprendente un corpo (2) a cui è collegato un primo condotto (3) di alimentazione di gas da un serbatoio alimentante una prima camera (4) di contenimento del gas già assoggettato ad un primo stadio di riduzione della pressione proveniente da detto serbatoio ed almeno una seconda camera (5), in comunicazione con la detta prima camera (4), atta a ridurre ulteriormente la pressione dal valore presente in detta prima camera (4) al valore richiesto dal detto motore a cui è collegato mediante un corrispondente condotto di uscita (6); ognuna di dette prima e seconda camera (4, 5) comprendendo un gruppo otturatore (7, 8) atto a permettere, in funzione dei valori richiesti, il passaggio o l'occlusione del flusso di detto gas tra le dette camere (4, 5) e l'esterno, caratterizzato dal fatto di prevedere detto corpo (1) suddiviso in due sezioni (A, B) principali di cui: la prima sezione (A), adibita al passaggio ed al controllo di detto gas ad alta pressione, prevedendo due sottosezioni presentanti, la prima, un elemento di raccordo (9) e collegamento con detto primo condotto (3) e sfociante in un vano (10) di alloggiamento di mezzi (11) di filtraggio di detto gas, e la seconda sottosezione prevedendo un mezzo di intercettazione (12) per l’apertura o chiusura di un canale (13) di raccordo tra detto vano (10) e detta prima camera (4) di riduzione; la seconda sezione (B), adibita al passaggio di detto gas ed alla riduzione dello stesso a pressione ridotta, essendo composta da ulteriori due sottosezioni costituite, la prima sottosezione, da un primo stadio di riduzione composto da detta prima camera (4) e relativo primo gruppo otturatore (7) disposto coassiale al tratto del detto canale (13) di raccordo e comprendente un primo cilindro cavo (14) mobile lungo il proprio asse e solidale, ad una propria estremità, ad un primo elemento a valvola (15) per l'apertura o chiusura di detto canale (13) di raccordo; detto primo cilindro cavo (14) definendo un canale centrale di passaggio per detto gas sfociante in una terza camera (16) di bilanciamento assiale di detto primo gruppo otturatore (7), e detta seconda sottosezione essendo costituita da un secondo stadio di riduzione composto dà detta seconda camera (5) di riduzione e controllo e da detto secondo gruppo otturatore (8) angolarmente disposti rispetto a detto primo stadio di riduzione e collegati a detta prima camera (4) tramite un condotto (17) inclinato ad ampia sezione di passaggio; detto secondo gruppo otturatore (8) comprendendo un secondo cilindro cavo (18) mobile lungo il proprio asse e contraffacciato, ad una propria estremità, ad un secondo elemento a valvola (19) di apertura o chiusura di detto secondo cilindro (18) e solidale a detto corpo (2); detto secondo cilindro cavo (18) definendo un canale centrale di passaggio per detto gas sfociante in una quarta camera (20) di bilanciamento assiale di detto secondo gruppo otturatore (8) ed aperta su detto condotto di uscita (6).
2. 2. Riduttore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che ogni detto gruppo otturatore (7, 8) comprende una quinta camera cilindrica (21) a tenuta bilateralmente a contatto con dette prima e seconda camera di riduzione (4, 5) e rispettivamente con dette terza e quarta camera di bilanciamento (16, 20); ogni detta quinta camera (21) alloggiando centralmente il detto cilindro cavo (14, 18) e presentante un foro (22, 23) radiale aperto sull'esterno per il passaggio di aria a pressione atmosferica; all'interno di ogni detta quinta camera (21) essendo prevista una molla (24, 25) di contrasto interposta tra le superfici di detta quinta camera (21) a contatto con le rispettive dette camere di riduzione (4, 5) e bilanciamento (16, 20) e calzata, detta molla (24, 25), coassialmente su detto cilindro cavo (14, 18) in modo da permettere una variazione bilanciata dello sviluppo assiale di detta quinta camera (21) funzione della pressione di detto gas presente in dette camere (4, 5, 16, 20).
3. 3. Riduttore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto primo cilindro cavo (14) presenta almeno una coppia di fori (26) passanti radiali realizzati in prossimità dell'estremità di detto primo cilindro cavo (14) associata a detto primo elemento a valvola (15) ed atti a permettere il passaggio di detto gas da detta prima camera di riduzione (4) a detta terza camera di bilanciamento assiale (16).
4. 4. Riduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta terza camera di bilanciamento (16) presenta un canale centrale (27) sfociante entro un elemento a valvola (28) inferiore e tarabile atto a permettere uno sfogo di gas da detta terza camera (16) in presenza di un valore di pressione superiore al valore tarato su detto elemento a valvola (28).
5. 5. Riduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere sulla parte centrale di detto corpo (2) del riduttore (1) una coppia di condotti (29, 30) di passaggio di un fluido di riscaldamento di detto gas disposti da bande opposte a detto canale di raccordo (13). 8.
6. Riduttore secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il detto mezzo di intercettazione (12) è costituito da una elettrovalvola (31) collegata ad una centralina (32) di comando di detto autoveicolo.
7. 7. Riduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto condotto (17) inclinato presenta un dimensionamento della sezione di passaggio di detto gas a turbolenza e velocità di passaggio del gas controllata.
8. 8. Riduttore secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.