ITMI20131977A1

ITMI20131977A1 - Sistema di pressurizzazione di un circuito di raffreddamento di un motore a combustione interna per veicoli industriali dotati di un serbatoio di aria compressa

Info

Publication number: ITMI20131977A1
Application number: IT001977A
Authority: IT
Inventors: Luca Greco; Diego Voglione
Original assignee: Fpt Ind Spa
Priority date: 2013-11-27
Filing date: 2013-11-27
Publication date: 2015-05-28
Also published as: ES2652177T3; EP2878785B1; EP2878785A1

Description

Descrizione

SISTEMA DI PRESSURIZZAZIONE DI UN CIRCUITO DI RAFFREDDAMENTO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA PER VEICOLI INDUSTRIALI DOTATI DI UN SERBATOIO DI ARIA COMPRESSA

DESCRIZIONE

Campo di applicazione dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce al campo dei circuiti di raffreddamento di motori a combustione intera ed in particolare al campo della gestione della pressione interna del circuito stesso mediante una valvola meccanica, senza l’impiego di sensori di pressione e relative unità di controllo.

Stato della tecnica

I moderni circuiti di raffreddamento dei motori a combustione interna sono dotati di vasca di espansione del liquido refrigerante. In tale vasca di espansione, una parte del suo volume è riempito di aria, ed in cui è solitamente alloggiata una valvola di sicurezza che consente di liberare gas/vapore nell’ambiente esterno al superamento di un predeterminato valore di pressione misurato nella stessa vasca di espansione.

La circolazione e la pressurizzazione del liquido refrigerante nel circuito è assicurata da una pompa idraulica.

Con l’utilizzo di pompe a portata variabile, cioè in grado di regolarsi in base alla temperatura del liquido refrigerante, può accadere che il circuito di refrigerazione presenti punti in cui la pressione scende al punto di permettere che fenomeni di cavitazione si realizzino.

Tali fenomeni determinano una rapida corrosione delle pareti del circuito di refrigerazione all’interno del motore a combustione interna, con grave danno per il motore stesso.

Tali fenomeni sono legati alla pressione del circuito, ma anche alla temperatura del liquido refrigerante.

Sono note diverse soluzioni che si basano sull’immissione di aria nel circuito, in modo da incrementare la pressione nel circuito al fine di scongiurare tali problemi di cavitazione. JP19800169161 mostra una soluzione in cui dei sensori piezoelettrici sono disposti lungo il circuito di raffreddamento per rilevare fenomeni di cavitazione. Quando questi fenomeni sono rilevati, dell’aria proveniente dalla ventola del radiatore è insufflata del circuito, in quantità proporzionale alla intensità del fenomeno di cavitazione rilevato.

US2005061264 mostra una soluzione per pressurizzare il circuito di refrigerazione mediante la rilevazione di un livello di refrigerante all’interno della vasca di espansione. Pertanto, quando il liquido risale al di sopra di un predefinito livello, dell’aria è immessa all’interno della vasca. Una variante preferita mostra l’impiego ulteriore di un sensore di pressione alloggiato all’interno della vasca di espansione e mezzi di elaborazione che controllano l’immissione di aria compressa nella vasca di espansione anche in base alla pressione misurata nella vasca di espansione.

DE102009018012 e DE102005007781 mostrano sistemi molto simili a quelli descritti sopra in cui il controllo della pressurizzazione è realizzato sempre mediante sensori di pressione e relative unità di controllo.

US6666175 mostra un’altra soluzione in cui il circuito di raffreddamento è pressurizzato mediante il compressore della sovralimentazione ed in cui la pressurizzazione è controllata mediante una valvola a molla oppure mediante una servovalvola.

DE2222919 mostra un’altra soluzione per pressurizzare il circuito di refrigerazione mediante valvole meccaniche che collegano la vasca di espansione del circuito con un serbatoio di aria compressa.

Se da un lato è noto l’utilizzo di valvole meccaniche, cioè prive di servo assistenza, da un altro lato, la pressurizzazione del circuito di refrigerazione mediante il serbatoio dell’aria compressa dei freni oppure delle sospensioni è mostrata solo in combinazione con valvole servoassistite.

Ciò dipende dal fatto che i serbatoi di aria compressa del circuito frenante e/o delle sospensioni dei veicoli industriali, presentano una pressione interna dell’ordine di almeno 9 – 10 bar ed anche superiore, con capacità dell’ordine del centinaio di litri.

Per contro, un circuito di refrigerazione di un motore a combustione interna ha una capienza complessiva dell’ordine della decina di litri.

E’ dunque evidente che quando si tratta di incrementare la pressione del circuito di refrigerazione di 0,4 – 0,5 bar, a partire da un serbatoio di aria compressa del circuito frenante e/o delle sospensioni, risulta immediato operare attraverso valvole servoassistite e sensori di pressione.

Sommario dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di mostrare un sistema di pressurizzazione di un circuito di raffreddamento di un motore a combustione interna operato mediante valvole meccaniche, cioè non servo assistite, basato sulla spillatura di aria compressa dal serbatoio del circuito frenante e/o del circuito di alimentazione delle sospensioni pneumatiche del veicolo.

E’ oggetto della presente invenzione sistema di pressurizzazione di un circuito di raffreddamento di un motore a combustione interna per veicoli industriali dotati di un serbatoio di aria compressa, conformemente alla rivendicazione 1.

Le rivendicazioni allegate descrivono realizzazioni preferite dell’invenzione formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

nella figura 1 è indicato uno schema di massima del sistema oggetto della presente invenzione,

nella figura 2 è mostrata in dettaglio una variante preferita di una parte dello schema di figura 1,

la figura 3 riporta esempi di valvole di regolazioni facenti parte dello schema di figura 1.

Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti. Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

Con riferimento alla figura 1 è mostrato un motore a combustione interna 1, il quale, attraverso mezzi di collegamento 15, guida in rotazione un compressore d’aria 16.

Il compressore 16 aspira aria dall’ambiente e la comprime immettendola nel serbatoio di aria compressa 18, per il tramite del condotto 19. Tra il compressore 16 ed il serbatoio 18, su detto condotto 19, è arrangiato un essiccatore 17, per estrarre l’umidità dell’aria compressa. Il motore a combustione interna 1 ha un circuito di raffreddamento (non mostrato), collegato ad una vasca di espansione 12, chiusa, parzialmente piena di liquido refrigerante e parzialmente piena d’aria.

Una valvola di sicurezza 8b è collegata alla parte superiore della vasca 12, in modo da rilasciare vapore nell’ambiente esterno al superamento di una predefinita soglia di pressione.

Un condotto pneumatico 10b collega il compressore 18 con la parte superiore della vasca di espansione 12. L’apertura e chiusura di tale condotto è realizzato mediante una valvola di regolazione meccanica 10, tipicamente a molla, cioè priva di qualsivoglia asservimento elettrico.

Tale valvola apre il condotto 10b, in modo che aria compressa fluisca nella vasca di espansione, quando essa stessa rileva una predefinita differenza di pressione tra un punto a monte ed un punto a valle della valvola stessa, dove “a monte” e “a valle” sono riferiti al verso di circolazione dell’aria compressa dal serbatoio 18 alla vasca 12.

Preferibilmente, la valvola meccanica di regolazione 10 è tarata in base alla pressione di cut-off del riempimento del serbatoio di aria compressa 12. Dove, la pressione di cutoff, è la pressione in cui il compressore 16 viene disattivato dopo una fase di attivazione.

Sullo stesso condotto pneumatico 10b, può essere presente anche una valvola di non ritorno (non mostrata), anch’essa completamente meccanica. Pertanto qualsivoglia regolazione della pressurizzazione della vasca 12 è operato meccanicamente, senza l’ausilio di mezzi di controllo.

Preferibilmente detta valvola meccanica è 3 vie.

Più in particolare, anche quando esternamente la valvola appare essere una valvola a 2 vie, una terza via è integrata nella valvola stessa e collegata ad una delle altre vie, per misurare la pressione a monte o a valle della valvola stessa. In altre parole, la terza via realizza il controllo sull’apertura della valvola stessa.

Preferibilmente, la terza via è collegata con la via di uscita della valvola stessa, vale a dire la via a pressione inferiore, direttamente collegata con la vasca di espansione. Con riferimento alla figura 2, la terza uscita è separata dalle altre e collegata mediante un separato condotto 10c alla parte superiore della vasca di espansione 12.

Preferibilmente, un piccolo serbatoio d’espansione aria 11 è interposto tra la valvola 10 e la vasca di espansione 12, in modo da consentire una preventiva espansione dell’aria compressa, prima e durante la sua immissione nella vasca di espansione 12.

Vantaggiosamente, grazie alla implementazione del serbatoio 11, si rende possibile modulare l’apertura e chiusura della valvola 10 con maggiore precisione, senza correre il rischio di sottoporre la vasca di espansione ad un incremento di pressione troppo elevata.

Preferibilmente, il serbatoio di espansione aria 11 ha un volume interno di circa 13 l. 1/5 – 1/10 della parte di volume interno della vasca di espansione occupato da aria.

Secondo un’altra variante preferita dell’invenzione, il sistema comprende una valvola 10, apparentemente a 2 vie, in cui la terza via è collegata con una delle altre due vie, avente un serbatoio di espansione aria direttamente integrato nel corpo valvola.

In figura 3 è riportato un esempio puramente indicativo di una valvola della Wabco® particolarmente idonea per l’implementazione della presente invenzione.

Tali valvole sono dotate di due porte A e B ed entrambe le porte B integrano due porte, una di controllo d ed una per il passaggio dell’aria compressa.

All’interno del corpo valvola è realizzato il suddetto serbatoio d’espansione aria 11. In particolare tale serbatoio è estensibile per mezzo di una membrana/pistoncino mobile caricato attraverso una molla elicoidale f di spinta, regolabile mediante una vite g accessibile esternamente al corpo valvola e disposta in posizione assiale rispetto alla molla elicoidale.

Sono possibili varianti realizzative all'esempio non limitativo descritto, senza per altro uscire dall’ambito di protezione della presente invenzione, comprendendo tutte le Dalla descrizione sopra riportata il tecnico del ramo è in grado di realizzare l’oggetto dell’invenzione senza introdurre ulteriori dettagli costruttivi. Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall’ambito di protezione della presente domanda. Quanto descritto nella descrizione dello stato della tecnica, se non specificatamente escluso nella descrizione di dettaglio, deve essere considerato in combinazione con le caratteristiche della presente invenzione, formando parte integrante della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema di pressurizzazione di un circuito di raffreddamento di un motore a combustione interna per veicoli industriali dotati di un serbatoio di aria compressa (18) con pressione relativa compresa tra 9 e 13 bar, il circuito di raffreddamento comprendendo una vasca di espansione (12) parzialmente riempita d’aria in una parte superiore e parzialmente riempita di liquido in una parte inferiore, il sistema comprendendo un collegamento pneumatico (10b) tra detto serbatoio di aria compressa e detta parte superiore della vasca di espansione (12), in cui detto collegamento pneumatico comprende una sola valvola di regolazione (10) di tipo meccanico.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detto serbatoio di aria compressa (18) ha una pressione fluttuante tra una pressione massima ed una pressione minima ed in cui detta valvola meccanica di regolazione (10) è tarata in funzione di una pressione massima del serbatoio di aria compressa (18).
3. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detta valvola di regolazione meccanica (10) è a 3 vie, in cui - una prima via é collegata direttamente con il serbatoio di aria compressa (18), - una seconda via è collegata con la vasca di espansione (12), - una terza via è collegata con una delle prima o seconda via, per controllare l’apertura/chiusura della valvola di regolazione.
4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui detta valvola di regolazione meccanica (10) comprende un serbatoio di espansione aria (11) integrato nel corpo della valvola stesso.
5. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detta valvola è a 3 vie, in cui - una prima via é collegata direttamente con il serbatoio di aria compressa (18), - una seconda via è collegata con la vasca di espansione (12), - una terza via è collegata con detta vasca di espansione (12).
6. Sistema secondo la rivendicazione 4, ulteriormente comprendente un serbatoio di espansione aria (11) disposto su detta connessione pneumatica (10b) tra detta valvola di regolazione meccanica (10) e detta vasca di espansione (12).
7. Veicolo industriale dotato di un motore a combustione interna (1), di un serbatoio di aria compressa con pressione relativa compresa tra 9 e 13 bar, e di un circuito di raffreddamento del motore a combustione interna (1) e di un sistema per pressurizzare del circuito di raffreddamento secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 6.