ITMI941368A1 - Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a piu' cilindri - Google Patents

Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a piu' cilindri Download PDF

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ITMI941368A1
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cooling radiator
gas return
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Bernhard Baechle
Hans Sudmanns
Ralph-Michael Dr Schmidt
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a più cilindri"
Riassunto del trovato
Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a più cilindri, con primi e secondi cilindri (2-6,7) separati in termini tecnici di combustione. Un tubo collettore di aspirazione (9) porta ai primi cilindri (2-6) aria fresca e, attraverso un dispositivo (24) di ritorno dei gas di scarico, i gas di scarico di secondi cilindri (7). Il tubo collettore (10) di aspirazione porta ai secondi cilindri (7) una miscela di combustione esente da fuliggine.
Descrizione del trovato
L'invenzione concerne un dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a più cilindri secondo la definizione introduttiva della rivendicazione 1.
Le emissioni di sostanze nocive di motori diesel sono determinate, in primo luogo, dal contenuto di NOx. Per diminuire il contenuto di NOx si riconduce gas di scarico raffreddato nell'adduzione di aria del motore diesel. Approssimativamente si può stabilire che il 20% di ritorno dei gas di scarico diminuisce alla metà il valore di NO . La diminuzione di NO può essere vista come una conseguenza delle aumentate percentuali di CO2 nell'aria di combustione con ritorno dei gas di scarico. E' tuttavia svantaggioso il fatto che, a tassi di ritorno del gas di scarico aumentanti, anche la percentuale di fuliggine aumenta nel gas di scarico, laddove il gas di scarico condotto di ritorno e caricato di fuliggine porta ad un'aumentata usura del motore diesel ed insudicia il radiatore di raffreddamento del gas di scarico dopo un breve tempo di funzionamento .
Dal DE-AS 2454 829 è noto un motore a combustione interna a più cilindri, nel quale un cilindro, destinato all'accoglimento del gas di scarico, presenta un rapporto di compressione più elevato degli altri cilindri del motore a combustione interna, con la sua conduttura di scarico è collegato alla conduttura di ingresso degli altri cilindri e possiede un'azione di azionamento solamente all'avviamento del motore a combustione interna. All'avviamento una valvola di intercettazione viene chiusa in. una posizione di scarico, cosicché il cilindro con elevato rapporto di compressione accoglie, ed infiamma, i gas defluenti dagli altri cilindri. Durante il funzionamento normale del motore a combustione interna il cilindro con elevata compressione accoglie una parte dei gas di scarico degli altri cilindri, dosa questi e li raffredda. Questo dispositivo per il ritorno dei gas di scarico risulta costruttivamente dispendioso e pertanto costoso nella fabbricazione.
Dal DE-OS 3930 243 è noto un motore a combustione interna a più cilindri con un sistema di aspirazione dell'aria e di raccolta dei gas di scarico, il quale motore presenta parimenti un dispositivo di ritorno dei gas di scarico per la riduzione dell'emissione di sostanze nocive. Per il funzionamento del motore a combustione interna con turbocompressore a gas di scarico e radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione il dispositivo di ritorno dei gas di scarico presenta un distributore dei gas di scarico, dal quale si dirama un numero di tubi di estremità corrispondente al numero di cilindri del motore a combustione interna. Il distributore dei gas di scarico è collegato al tubo-dei gas di scarico di un cilindro, mentre i tubi dei gas di scarico dei cilindri restanti sono collegati con un tubo collettore dei gas di scarico. I tubi di estremità del distributore dei gas di scarico sfociano di volta in volta in tubi di aspirazione dei cilindri direttamente a monte della valvola di immissione dei cilindri. Il problema della concentrazione crescente di fuliggine nel gas di scarico ritornato, ovvero condotto di ritorno, e gli svantaggi susseguenti da ciò derivati per il motore a combustione interna e le sue emissioni sussiste ulteriormente in questo noto ritorno dei gas di scarico. Il compito dell'invenzione è pertanto quello di creare un dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a più cilindri, con piccolo dispendio costruttivo e con una piccola percentuale di NO e di fuliggine nel gas di scarico .
La soluzione dell'invenzione ha luogo con un dispositivo per diminuire le sostanze nocive in motori a combustione interna a più cilindri con le caratteristiche della rivendicazione 1.
Nel dispositivo secondo l'invenzione per la riduzione delle sostanze nocive, i motori a combustione interna a più cilindri vengono suddivisi in termini tecnici di combustione in una pluralità di primi e di secondi cilindri. I secondi cilindri vengono alimentati, per l'emissione minimale di particelle, senza tenere conto dell'emissione di NO nel gas di scarico, solamente con aria fresca. Il gas di scarico da questi secondi cilindri viene addotto, attraverso un dispositivo di ritorno del gas di scarico, ad un tubo collettore di aspirazione per i primi cilindri, i quali sono progettati per una bassa emissione di NO.
Con il dispositivo secondo l'invenzione un motore diesel a più cilindri emette complessivamente solamente poco NO e le percentuali di fuliggine nel gas di scarico ritornato sono mantenute in modo costante su un valore così basso, per cui l'usura del motore diesel, e l'insudiciamento di radiatori di raffreddamento da parte di gas di scarico ritornato, sono piccoli.
Preferibilmente nel dispositivo di ritorno del gas di scarico è contenuto un filtro per la fuliggine, per diminuire ulteriormente la sollecitazione del dispositivo secondo l'invenzione relativamente all'usura e all 'insudiciamento.
Conformemente ad una ulteriore conformazione vantaggiosa del dispositivo secondo l'invenzione un radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione posteriormente ad un compressore nel tubo collettore di aspirazione per i primi cilindri serve anche al raffreddamento del gas di scarico ritornato,dai secondi cilindri.
In una forma preferita del dispositivo secondo l'invenzione i gas di scarico ritornati vengono raffreddati in un radiatore di raffreddamento nei dispositivo di ritorno dei gas di scarico e vengono guidati, a valle di corrente del radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione, nel tubo collettore di aspirazione per i primi cilindri. Il radiatore dell'aria di alimentazione rimane così privo delle percentuali di fuliggine nel gas di scarico e la sollecitazione termica dell'aria fresca compressa e dei<' >gas di scarico molto caldi è distribuita su due radiatori di raffreddamento separati spazialmente.
Un vantaggioso radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione è, secondo l'invenzione, un radiatore di combinazione, il quale presenta un radiatore di acciaio legato inserito a monte ed un radiatore di alluminio inserito a valle. Il radiatore di acciaio legato inserito a monte è particolarmente resistente alle alte temperature ed il radiatore di alluminio presenta condizioni di passaggio del calore particolarmente favorevoli.
Rapporti particolarmente favorevoli di percentuali ridotte di fuliggine rispetto a percentuali ridotte di NO nel gas di scarico del dispositivo secondo l'invenzione possono essere conseguiti con una conduttura di collegamento, impostabile nella sezione trasversale, tra il sistema dei gas di scarico dei primi cilindri e il dispositivo di ritorno dei gas di scarico dei secondi cilindri. Per il conseguimento delle percentuali di fuliggine più basse possibile nel gas di scarico la conduttura di collegamento può essere aperta in grande misura e per il conseguimento di percentuali il più possibile piccole di NOx la sezione trasversale della conduttura di collegamento può essere ristretta oppure chiusa.
Una riduzione particolarmente vantaggiosa delle percentuali di fuliggine nel gas di scarico può essere conseguita secondo l'invenzione mediante una differenza aumentata tra l'elevata pressione del compressore e la contropressione più bassa del gas di scarico nel dispositivo di ritorno del gas di scarico dai secondi cilindri. Per aumentare la pressione del compressore a monte dei secondi cilindri, ed in tal modo per aumentare la differenza rispetto alla contropressione costante dei gas di scarico nel dispositivo di ritorno dei gas di scarico si propone di disporre una strozzatura nel tubo collettore di aspirazione verso i primi cilindri ottimizzati in ΝΟχ.
Conformemente ad un'alternativa, la riduzione delle percentuali di fuliggine nel gas di scarico può essere contenuta anche mediante una elevata differenza di pressione, per il fatto che lo sbocco del dispositivo di ritorno del gas di scarico nel tubo collettore di aspirazione verso i primi cilindri è conformato come iniettore.
Conformemente ad una ulteriore conformazione dell'invenzione, il dispositivo di ritorno del gas di scarico del dispositivo secondo, l'invenzione sfocia nel sistema di aspirazione dell'aria per tutti i cilindri del motore a combustione interna ed al tubo collettore di aspirazione per i secondi cilindri — dimensionati su una emissione minimale di particelle — viene addotta una miscela di gas oppure di benzina.
L'invenzione viene rappresentata nel seguito in base ad esempi di esecuzione. In particolare:
la figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un motore diesel con ritorno dei gas di scarico e con un radiatore di raffreddamento dell'arai di alimentazione, la figura 2 mostra una rappresentazione schematica di un motore diesel con ritorno dei gas di scarico, con un radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione e con un radiatore di raffreddamento del gas di scarico, la figura 3 mostra una rappresentazione schematica di un motore a combustione interna con ritorno dei gas di scarico, con un radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione e con funzionamento misto diesel, oppure a gas oppure a benzina,
la figura 4 mostra una rappresentazione schematica di un motore diesel con ritorno del gas di scarico e con un radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione secondo la figura 1 con una valvola di bipasso per aggirare il radiatore di raffreddamento dell'aria di alimentazione. Figura 1: un motore diesel- 1 presenta cilindri 2-7. Attraverso un compressore 8 viene aspirata aria ed essa viene alimentata in due tubi collettori di aspirazione 9,10 separati. Il tubo collettore di aspirazione 9 è collegato, attraverso tubi di aspirazione, con primi cilindri 2-6 ed il tubo collettore di aspirazione 10 è collegato con uno o parecchi secondi cilindri 7.
Un sistema 16 del gas di scarico è collegato, attraverso tubi tra i gas di scarico, con il lato di scarico dei primi cilindri 2-6 e contiene un filtro della fuliggine 22 ed una turbina a gas di scarico 23.
Il lato di uscita del secondo cilindro 7 si trova in collegamento con un dispositivo 24 di conduzione di ritorno, del gas di scarico. Il dispositivo 24 di ritorno del gas di scarico contiene un filtro 25 della fuliggine e sfocia, a monte di un radiatore di raffreddamento 26 dell'aria di alimentazione, nel tubo collettore di aspirazione 9.
Figura 2: componenti identici sono muniti nelle figure 1 e 2 degli stessi indici di riferimento. Un radiatore di raffreddamento addizionale 27 per i gas di scarico dal secondo cilindro 7 è contenuto nel dispositivo di ritorno 24 del gas di scarico. Il dispositivo 24 di ritorno dei gas di scarico sfocia a monte del radiatore di raffreddamento 26 dell'aria di alimentazione nel tubo collettore di aspirazione 9 per i primi cilindri 2-6. Dal compressore 8 una conduttura 27 porta al radiatore di raffreddamento 26 dell'aria di alimentazione, dal quale partono i tubi collettori di aspirazione 9, 10.
Figura 3: componenti identici nelle figure 1, 2 e 3 sono muniti degli stessi indici di riferimento. Il dispositivo 24 si ritorno dei gas di scarico sfocia nella conduttura 27 a monte del radiatore di raffreddamento 26 dell'aria di alimentazione. Nel secondo tubo collettore 10 di aspirazione verso il secondo cilindro 7 attraverso un carburatore oppure un dispositivo di iniezione 28 viene convogliato, da un serbatoio 30, gas oppure benzina sotto la pressione di una pompa 29. Un filtro della fuliggine nel dispositivo 24 di ritorno del gas di scarico può essere superfluo in questa disposizione secondo l'invenzione.
Nei dispositivi secondo l'invenzione delle figure 1, 2 e 3 dal dispositivo di ritorno 24 dei gas di scarico al sistema 16 dei gas di scarico può condurre una conduttura di collegamento (non illustrata), la quale è provvista preferibilmente di una sezione trasversale impostabile in modo variabile, con la quale è possibile comandare il tasso di ritorno nel dispositivo di ritorno 24 dei gas di scarico.
Per mantenere piccola la percentuale di fuliggine già alla combustione nel secondo cilindro 7, la differenza di pressione tra la pressione a monte del cilindro 7 e la contropressione del gas di scarico va mantenuta il più possibile grande. Per conseguire questa grande differenza di pressione, secondo l'invenzione si propone di disporre una strozzatura (non illustrata) nel tubo collettore di aspirazione 9 verso i primi cilindri 2-6. Ih alternativa questa elevata differenza di pressione può essere conseguita anche con un inettore (non illustrato), il quale è disposto in corrispondenza dello sbocco del dispositivo di ritorno 24 dei gas di scarico nel tubo collettore di aspirazione 9.
Nel funzionamento al motore a combustione interna viene addotta aria con elevata pressione dal compressore 8. Il compressore 8 viene azionato dai gas di scarico dai primi cilindri 2-6 attraverso là turbina a gas di scarico 23. Gas di scarico dal secondo cilindro 7 alimentato, attraverso il tubo collettore di aspirazione 10, esclusivamente con aria fresca, viene addotto al tubo collettore di aspirazione 9 per i primi cilindri 2-6 attraverso un dispositivo di ritorno 24 dei gas di scarico con filtro 25 della fuliggine. La percentuale della fuliggine nel gas di scarico del secondo cilindro 7 non sale, in seguito all'esclusiva adduzione di aria fresca al cilindro 7, oltre un basso valore, mentre le percentuali di NO nel gas di scarico dei primi cilindri 2-6 sono mantenute basse tramite i gas di scarico ritornati. Inoltre sussiste la possibilità di ottimizzare ulteriormente, attraverso un differente accordo di combustione, la percentuale di NO e la percentuale di fuliggine (differenti cieli dei pistoni, rapporti di compressione, iniezione ecc.).
Conformemente ad una conformazione alternativa dell'invenzione, il secondo cilindro 7 viene fatto funzionare con gas oppure benzina, ed il gas di scarico del cilindro 7, esente da fuliggine e risultante da questa combustione, viene addotto tanto ai primi cilindri 2-6 fatti funzionare con diesel, quanto anche al secondo cilindro 7. L'emissione di<' >NO di tutti i cilindri 2-7 è bassa in modo uniforme.
La forma di esecuzione illustrata in figura 4, nella quale una valvola di bipasso 34 si trova nel dispositivo di ritorno dei gas di scarico, per poter aggirare il radiatore di raffreddamento 26 dell'aria di alimentazione comporta, in particolare nel funzionamento a carico parziale, vantaggi nel senso della preposizione del compito.

Claims (10)

  1. Rivendicazioni 1. Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di. motori a combustione interna a più cilindri, con un tubo collettore di aspirazione (9), con un sistema (16) dei gas di scarico, il quale è collegato con primi cilindri (2-6), e con un dispositivo (24) di ritorno dei gas di scarico, il quale è collegato con secondi cilindri (7), caratterizzato dal fatto che un secondo tubo collettore di aspirazione (10) è collegato con i secondi cilindri (7), il tubo collettore di aspirazione (9) è collegato con i primi cilindri (2-6) e il dispositivo (24) di ritorno dei gas di scarico è collegato con il tubo collettore di aspirazione (9).
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di ritorno (24) dei gas di scarico presenta un filtro (25) della fuliggine.
  3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che un radiatore di raffreddamento (26) dell'aria di alimentazione è contenuto nel tubo collettore di aspirazione (9), ed il dispositivo di ritorno (24) dei gas di scarico sfocia, a monte del radiatore di raffreddamento (26) dell'aria di alimentazione, nel tubo collettore di aspirazione (9).
  4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il dispositivo (24) di ritorno dei gas di scarico presenta un radiatore di raffreddamento dei gas di scarico e sfocia, a valle del radiatore di raffreddamento (26) dell'aria di alimentazione, nel tubo collettore di aspirazione (9).
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il radiatore di raffreddamento (26) dell'aria di alimentazione è un radiatore di raffreddamento combinato e contiene un radiatore di raffreddamento di acciaio legato inserito a monte ed un radiatore di raffreddamento di alluminio inserito a valle.
  6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è prevista una conduttura di collegamento, la quale collega il sistema (16) dei gas di scarico con il dispositivo (24) di ritorno dei gas di scarico e presenta una sezione trasversale regolabile.
  7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel tubo collettore (9) di aspirazione è contenuta una strozzatura.
  8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di ritorno (24) dei gas di scarico in corrispondenza dello sbocco nel tubo collettore di aspirazione (9) presenta un iniettore.
  9. 9 . Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a più cilindri secondo il preambolo della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il secondo tubo collettore di aspirazione (10) è collegato con i secondi cilindri (7), il tubo collettore di aspirazione (9) è collegato con i primi cilindri (2-6), il dispositivo di ritorno (24) dei gas di scarico è collegato con. una conduttura (27) ai tubi collettori (9, 10) di aspirazione, e nel secondo tubo collettore di aspirazione (10) viene convogliato gas oppure benzina attraverso un carburatore oppure un dispositivo di iniezione (28).
  10. 10. Dispositivo per diminuire le sostanze nocive nel funzionamento di motori a combustione interna a più cilindri secondo il preambolo della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nel tubo collettore di aspirazione (9) è contenuto un radiatore di raffreddamento (26) dell'aria di alimentazione e il radiatore di raffredamento (26) dell'aria di alimentazione è aggirabile mediante una valvola di bipasso (34) commutabile, disposta nel dispositivo di ritorno (24) dei gas di scarico.
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