ITMC20100002A1

ITMC20100002A1 - Dispositivo di raffreddamento per motori endotermici che integra le funzioni di ventilatore e pompa di ricircolo del fluido refrigerante.

Info

Publication number: ITMC20100002A1
Application number: IT000002A
Authority: IT
Inventors: Massimiliano Borasso; Alessandro Ventura
Original assignee: Umbra Meccanotecnica
Priority date: 2010-01-11
Filing date: 2010-01-11
Publication date: 2011-07-12
Also published as: ITAN20100026A1; IT1398708B1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

“DISPOSITIVO DI RAFFREDDAMENTO PER MOTORI ENDOTERMICI CHE INTEGRA LE FUNZIONI DI VENTILATORE E POMPA DI RICIRCOLO DEL FLUIDO REFRIGERANTE”.

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Stato dell'arte

Il raffreddamento dei motori endotermici per veicoli può essere realizzato attraverso sistemi ad aria e/o con circuiti chiusi che convogliano un liquido refrigerante. In quest'ultimo caso il circuito si compone dei seguenti elementi fondamentali:

• condotti di raffreddamento

• termostato

• radiatore

• pompa

• ventola

• vaso di espansione

Tale circuito, caratterizzato da un grado di complessità della componentistica elevato, rappresenta attualmente un'opportunità, per il settore automobilistico, di incrementare l'efficienza dei veicoli, sia in termini di consumi che di riduzione delle emissioni inquinanti. Quest'ultimo aspetto è fortemente collegato con una gestione intelligente del raffreddamento del motore, che deve intervenire solo in determinate condizioni di funzionamento al fine di non pregiudicarne le prestazioni.

Inoltre l'integrazione della componentistica assume un interesse elevato nell'ambito automobilistico perché rappresenta un mezzo per ottenere una semplificazione degli impianti a favore di una facilità di assemblaggio e un conseguente aumento di affidabilità.

Attraverso una ricerca brevettuale si è cercato di ottenere informazioni in merito allo stato dell'arte dei brevetti depositati che intendono contribuire all'innovazione del sistema di raffreddamento ed in particolare riguardanti le due funzioni pompa e ventilatore. I risultati della ricerca evidenziano come tutte le soluzioni tecniche condividono la stessa logica di movimentazione della girante della pompa acqua e della ventola. Partendo dal fatto che in genere l'albero della pompa acqua è trascinato da un sistema cinghia – puleggia, si integra la funzione di raffreddamento della ventola attraverso un suo collegamento con l'albero della pompa, mediante dispositivi elettromeccanici.

Da quanto emerso dalla ricerca e dall'analisi dello stato dell'arte si evidenziano due principali tendenze: la ricerca dell'integrazione delle funzioni pompa-ventilatore e la necessità di svincolare meccanicamente la rotazione della pompa da quella del motore.

Le soluzioni proposte fino ad oggi si possono sintetizzare come segue.

Integrazione funzioni: il problema è stato visto esclusivamente dal lato motore ricercando un sistema di aggancio della ventola con la pompa acqua.

Lo stato dell'arte presenta soluzioni tecniche di disaccoppiamento della trasmissione del moto tra albero motore, pompa e ventola con i seguenti limiti:

• la massima velocità di rotazione realizzabile è quella motore, non consentendo quindi la gestione di particolari condizioni di funzionamento come possono essere quelle di dissipazione del calore durante soste prolungate a motore acceso, e quindi con regime di rotazione al minimo;

• in ogni caso il sistema di raffreddamento pompa-ventola è fortemente influenzato dalle logiche di progettazione del motore, ad esempio dal punto di vista del posizionamento relativo tra radiatore e motore, dovendo mantenere l'allineamento pompa-ventola-radiatore, con il risultato di porre un vincolo per lo sviluppo della carrozzeria e del design della vettura.

Pompa acqua indipendente dal motore: in questo caso lo stato dell'arte è rappresentato dall'adozione di una pompa elettrica la cui rotazione viene controllata da apposita centralina elettronica.

Tale soluzione risolve in pieno la dipendenza dal motore, ma al tempo stesso introduce un componente di dimensioni non trascurabili a cui va trovata opportuna collocazione ed idoneo aggancio nel vano motore.

Caratteristiche di innovazione dell'idea brevettuale

L'invenzione oggetto del brevetto da piena soluzione ai due bisogni (integrazione e indipendenza) senza gli "effetti collaterali" delle proposte precedenti.

L'elemento di originalità dell'invenzione brevettuale consiste nella realizzazione di un unico dispositivo (ICS) che integra le funzioni di raffreddamento pompa acqua e ventola, attualmente gestite separatamente, da collocare nella medesima posizione dove oggi si trova il ventilatore .

L'integrazione è realizzata per mezzo di un unico motore elettrico in grado di porre in rotazione sia la ventola che la pompa, in modo indipendente tramite un sistema di aggancio (T) della ventola (Vedi Fig.1).

L'adozione della soluzione tecnica descritta consente di ottenere i seguenti vantaggi:

• la gestione di raffreddamento motore può essere adattata a seconda della variazione di alcuni parametri significativi (temperature rilevate in zone critiche, rilevamento inquinanti allo scarico, etc..), in maniera totalmente autonoma dal regime di rotazione motore, agendo sulla regolazione del motore elettrico. In questo modo si evitano fenomeni di sovra - raffreddamento del motore durante la fasi iniziali di funzionamento, a favore di una riduzione delle emissioni inquinanti;

l'utilizzo di un unico motore semplifica la struttura dell'impianto di raffreddamento rispetto sia alle soluzioni tradizionali, caratterizzate da una pompa e da una ventola mosse da un meccanismo di trasmissione cinghia - puleggia, sia rispetto a soluzioni alternative che impiegano più motori elettrici;

- il sistema di raffreddamento veicolo può essere fornito come impianto completo da agganciare, tramite opportune tubazioni, ai condotti di raffreddamento del blocco motore. Ad oggi il radiatore, così come la ventola, costituiscono dei componenti gestiti dai responsabili del settore carrozzeria che, durante la fase di assemblaggio devono tener conto della presenza della pompa sul blocco motore, gestendo l'interfaccia radiatore – pompa e pompa M.C.I. Nel nostro caso la pompa risulta completamente integrata nel circuito di raffreddamento riducendo perciò le problematiche di assemblaggio alla realizzazione della connessione con il blocco motore mediante opportune tubazioni (Vedi Fig. 2). un impianto di raffreddamento così concepito, collegato al motore solo per mezzo delle tubazioni di mandata e aspirazione della pompa, facilita le procedure di manutenzione evitando di svuotare completamente il circuito e procedere quindi allo smaltimento del liquido di raffreddamento, con un evidente beneficio in termini di compatibilità ambientale. (Vedi Fig. 3)

la presenza di un motore elettrico per la messa in rotazione della ventola, in alcuni equipaggiamenti, consente di riutilizzare un componente già presente, in un ottica di ottimizzazione; Concludendo, si precisa che l’invenzione si riferisce ad: un dispositivo "stand-alone" che integra, al suo interno, le funzioni di pompa e ventilatore;

un sistema integrato come descritto in 1. caratterizzato dall' avere un dispositivo elettromeccanico o meccanico che consenta di porre in rotazione la ventola, rendendola solidale all'albero del motore elettrico che trascina la girante della pompa;

un sistema integrato come descritto in 1. caratterizzato dalla possibilità di avere una trasmissione a ruota dentata tra l'albero del motore elettrico e l'albero della pompa disposti parallelamente in modo da ridurre gli ingombri assiali;

un sistema integrato come descritto in 1. caratterizzato dalla possibilità di realizzare un circuito di raffreddamento non più vincolato al blocco motore se non per mezzo di opportune tubazioni. Tale soluzione consente anche di procedere alla sostituzione di una pompa difettosa evitando lo svuotamento del circuito, con conseguente riduzione dell'impatto ambientale per la gestione dello smaltimento del fluido di raffreddamento; un sistema integrato come descritto in 1. caratterizzato da poter sdoppiare il circuito di raffreddamento tra testata motore e basamento, ad esempio negli equipaggiamenti che prevedono la presenza di più ventole.

un sistema integrato come descritto in 1. da impiegare su motori endotermici tradizionali, elettrici, a cella a combustibile ed ibridi per la gestione dei liquidi di raffreddamento;

un sistema integrato come descritto in 1. caratterizzato da un sistema di canalizzazione dell'aria calda proveniente dal radiatore, raccolta e convogliata verso il pozzetto di raccolta della perdita cosmetica della pompa acqua. In questo modo il flusso d'aria elimina la perdita cosmetica accelerandone l'evaporazione evitando la formazione della traccia di perdita che oggi è causa della maggior parte degli interventi di sostituzione della pompa acqua in garanzia.

8. un sistema integrato come descritto in 1. caratterizzato dalla possibilità di prevedere un preriscaldamento del fluido per consentire l'avvio di motori in regioni particolarmente fredde. Infatti in condizioni di basse temperature è necessario procedere ad un preriscaldamento motore, prima dell'avvio dello stesso, al fine di evitare malfunzionamenti La procedura prevede le seguenti fasi (Vedi Fig. 4):

chiusura del ramo del circuito proveniente dal motore in ingresso al radiatore per mezzo della valvola V

riscaldamento del fluido per mezzo di resistenze a fascia (R), o dispositivo analogo, avvolte sulle tubazioni di collegamento con il motore

circolazione del flusso ad opera della pompa contenuta nel sistema ICS, con la ventola in configurazione non trascinata dall'albero della pompa.

Claims

RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo e sistema di raffreddamento per motori endotermici che integra le funzioni di ventilatore e pompa di ricircolo del fluido refrigerante, come descritto nella descrizione ed illustrato nelle tavole di disegno allegate a titolo esemplificativo.