ITMI971446A1 - Evaporatore tubolare per l'immissione di combustibile supplementare nei gas di scarico - Google Patents

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Marc Bareis
Horst Harndorf
Thomas Theml
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Bosch Gmbh Robert
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Description

Evaporatore tubolare per l'immissione di combustibile supplementare nei gas di scarico
Stato della tecnica
I gas di scarico di motori a combustione interna ad accensione spontanea tendono a un'elevata emissione di NOX, a causa del fatto che vengono fatti funzionare con un eccesso d'aria. Questa compare in misura più intensa nei motori a combustione interna con iniezione diretta nella camera di combustione. Una possibilità per abbassare questa emissione consiste nel fatto di eseguire una riduzione degli NOX con l'aiuto di un corrispondente catalizzatore riducente. A tale scopo sono idonei, ad esempio, i catalizzatori a base di zeoliti. Un ulteriore problema dei motori a combustione interna ad accensione spontanea risiede nella temperatura relativamente bassa dei gas di scarico, che rende difficoltoso un avviamento della funzione di riduzione di un tale catalizzatore.
Dalla EP-A-503 882 è noto il fatto di utilizzare quale riducente HC, cioè combustibile, che viene immesso a monte di un catalizzatore riducente di tipologia costruttiva a zeoliti nel sistema di scarico del motore a combustione interna, comandato dalla temperatura del catalizzatore. Il dosaggio avviene con ciò in maniera intermittente, ove nella struttura porosa del catalizzatore deve essere immagazzinato temporaneamente HC, affinché con temperatura del catalizzatore crescente questo HC sia disponibile per la trasformazione di NOX. Accanto all'utilizzo svantaggioso già illustrato sopra di una valvola elettromagnetica, e dell’onere a ciò connesso, questo dispositivo ha lo svantaggio che la quantità di HC che viene immessa non può produrre direttamente una trasformazione dei componenti dell'NOX, ma deve essere prima preparata nel catalizzatore. Con i gas di scarico relativamente più freddi di un motore a combustione interna ad accensione spontanea tale provvedimento non è sufficiente.
L'invenzione prende spunto da un dispositivo secondo il genere della rivendicazione 1. In un dispositivo di questo tipo noto dalla DE Al-44 36 415 è previsto quale corpo cavo un corpo eseguito quale particolare sinterizzato, che quindi presenta una parete porosa che si estende per l'intera lunghezza di esso. Ciò ha lo svantaggio che da una parte il particolare sinterizzato non è in grado di sopportare le temperature elevate e spesso variabili durante il funzionamento del motore a combustione interna, e viene rapidamente distrutto, e che d'altra parte può fuoriuscire combustibile verso il lato dei gas di scarico per 11intera lunghezza del particolare sinterizzato, anche quando non è ancora evaporato. Poiché i corpi riscaldanti presentano di regola una temperatura elevata necessaria per l'evaporazione del riducente addotto, come il combustibile, soltanto su parti della loro superficie, il combustibile addotto non viene nemmeno riscaldato uniformemente, e in particolare non viene riscaldato in modo che sia garantito il passaggio di esso allo stato di vapore, e la fuoriuscita come tale nel tubo di scarico, per l'intera lunghezza del corpo riscaldante. Ciò vale in particolare per le candelette a incandescenza, che qui trovano applicazione molto vantaggiosamente quale prodotto di grande serie economico e dal funzionamento sicuro. Il riducente fuoriuscente in forma liquida pregiudica ulteriormente l'emissione del motore a combustione interna.
Vantaggi dell'invenzione
Il dispositivo secondo invenzione, con le caratteristiche qualificanti della rivendicazione 1, ha il vantaggio rispetto a ciò che è garantito che il riducente da immettere sia completamente evaporato prima dell'ingresso nel gas di scarico, ove mediante l'impiego di una bussola in metallo è assicurato che la funzionalità rimanga inalterata anche in condizioni estreme.
In maniera vantaggiosa secondo la rivendicazione 2 funge da corpo riscaldante una candeletta a incandescenza nota riscaldata elettricamente, sporgente nel corpo cavo, che riempie in larga misura il vano interno del corpo cavo. Tali candelette a incandescenza sono reperibili quale prodotto di grande serie quali ausili per l'avviamento per motori a combustione interna ad accensione spontanea, le note candelette di preriscaldamento, e consentono una soluzione economica dal funzionamento sicuro del dispositivo secondo invenzione.
Secondo la rivendicazione 3 il corpo cavo sporge in maniera vantaggiosa nel flusso centrale dei gas di scarico condotti dal tubo di scarico con un lato frontale presentante l'apertura di passaggio. Con ciò è ottenibile una miscelazione molto buona del riducente immesso con il gas di scarico.
Mediante il fatto che il corpo riscaldante secondo .la rivendicazione 3 è introducibile in maniera intercambiabile in un elemento di fissaggio, nel quale è disposto anche un canale di alimentazione verso il vano interno del corpo cavo, risulta un'unità compatta, semplice da montare, semplice da centrare, e semplice da riparare. La compattezza viene con ciò favorita mediante la disposizione rispettivamente eccentrica di corpi cavi e canale di alimentazione secondo la rivendicazione 5.
Secondo la rivendicazione 6 si ottiene un volume morto molto esiguo fra il punto di dosaggio e il luogo di evaporazione. Durante i tempi di arresto del motore a combustione interna la valvola comandata elettricamente funge da organo di intercettazione. Mediante il volume morto esiguo fra la valvola e il tubo di scarico può avvenire un adeguamento dinamico del dosaggio della quantità di riducente ai parametri di esercizio. Dopo l'esclusione del dosaggio, ad es. quando il catalizzatore è troppo caldo o troppo freddo per un funzionamento privo di inconvenienti, dal volume morto sfugge una quantità molto esigua di riducente soltanto per breve tempo. Al riavviamento occorre allora un rabbocco soltanto esiguo prima di raggiungere la piena efficacia di esercizio.
Molto vantaggiosa è inoltre l'applicazione della valvola comandata elettricamente secondo la rivendicazione 7, che è preferibilmente un iniettore di combustibile comunemente reperibile in commercio. Con ciò aumenta da una parte la compattezza del dispositivo, con i vantaggi già citati in merito, e d'altra parte la valvola riceve vantaggiosamente un supporto e contemporaneamente una protezione.
Disegno
Un esempio di esecuzione dell'invenzione è raffigurato nel disegno, e viene illustrato più dettagliatamente nella seguente descrizione. La figura 1 mostra la raffigurazione schematica di un sistema di alimentazione del combustibile di un motore a combustione interna ad accensione spontanea, completato mediante il dispositivo secondo invenzione, e la figura 2 una sezione attraverso il corpo cavo secondo invenzione per la preparazione del riducente.
Descrizione dell'esempio di esecuzione
Di un motore a combustione interna è riprodotta schematicamente una sezione attraverso una parte di un cilindro 1 di un motore a combustione interna ad accensione spontanea. In questo esempio di esecuzione si tratta di un motore a combustine interna ad accensione spontanea con iniezione indiretta, cioè il combustibile viene iniettato tramite un iniettore 2 non direttamente nella camera di combustione principale 4 delimitata immediatamente di fronte al pistone 3 del motore a combustione interna, ma in una camera di turbolenza 5 inserita a monte di essa, collegata tramite una luce di travaso 6 con la camera di combustione 4 principale. Quale ausilio per l'avviamento è prevista una candeletta di preriscaldamento 7 sporgente in questa camera di turbolenza. I componenti del combustibile iniettato e dell'aria bruciati nella camera di turbolenza e nella camera di combustione vengono sospinti in un canale di scarico o tubo di scarico 9 tramite una valvola di scarico 8 mediante la corsa di scarico del pistone 3 del motore a combustione interna al termine della corsa di espansione. Il canale di scarico 9 è di regola raggruppato quale curva di scarico, costituita da più canali che si allontanano ciascuno da un cilindro del motore, che si trasforma in un collettore che conduce all'aperto tramite uno o più percorsi. Nel collettore di scarico viene disposto nell'esempio raffigurato un catalizzatore riducente 11, a valle del quale, come accennato con linee tratteggiate, viene inserito un catalizzatore ossidante, ed eventualmente il consueto dispositivo silenziatore dell'impianto di scarico di un motore a combustione interna.
L'alimentazione di combustibile dell'iniettore 2 per ciascun cilindro avviene mediante una pompa di iniezione del combustibile 14, che riceve combustibile da un serbatoio del combustibile 15, e dosa tramite tubazioni di iniezione 16 il combustibile portato ad alta pressione, adducendolo alternativamente rispettivamente a uno degli iniettori 2. Il combustibile di recupero dei singoli iniettori viene nuovamente ricondotto al serbatoio del combustibile tramite tubazioni di recupero 17.
La pompa di iniezione del combustibile è collegata per l'alimentazione del combustibile dal serbatoio in una camera di aspirazione interna con una pompa di prealimentazione non ulteriormente mostrata, ove solitamente nella camera di aspirazione viene mantenuta una pressione del combustibile controllata in funzione del numero di giri, per controllare funzioni che dipendono dal numero di giri. La pressione di sfiato per il comando di questa pressione della camera di aspirazione ritorna tramite la tubazione di sfiato 19, solitamente priva di pressione, verso il serbatoio del combustibile 15. Nel presente esempio, tuttavia, nella tubazione di sfiato 19 è inserito un regolatore di pressione 20, che può essere impostato, ad esempio, a 0,3 bar, in modo che a monte di questo regolatore di pressione 20 sia disponibile una pressione di alimentazione di 0,3 bar.
Tramite un tubazione del combustibile 21 questa pressione viene addotta a una valvola dosatrice 23 comandata elettricamente, che comandata da un dispositivo di comando 24 in funzione di parametri di esercizio quali carico (QK), numero di giri (n) e temperatura del gas di scarico e/o del catalizzatore, adduce combustibile quale riducente a un dispositivo di evaporazione 26. Questo è montato nel tubo di scarico a monte del catalizzatore riducente il. La struttura di questo dispositivo di evaporazione è ricavabile in dettaglio dalla figura 2.
Nella figura 2 è mostrata una parte del tubo di scarico o del canale di scarico 9, con il dispositivo di evaporazione 26 ivi inserito raffigurato parzialmente in sezione. Nella parete del tubo di scarico 9 si trova un manicotto di avvitamento 28, nel quale è avvitabile a tenuta un bocchettone a vite 29. In questo bocchettone a vite si trova eccentricamente all'asse longitudinale del bocchettone a vite un alloggiamento 36 con una filettatura interna e una sede a tenuta, nella quale filettatura interna è aw itabile per l'appoggio a tenuta su una superficie di tenuta sulla sede di tenuta 39 una candeletta a incandescenza 40. L'alloggiamento si trasforma a lato del canale di scarico in un corpo 41 cavo, costituito da una bussola cilindrica in metallo. Questo corpo 41 cavo sporge approssimativamente fino al centro del tubo di scarico, e presenta sul proprio lato frontale 42 un'apertura di passaggio 43, che collega il vano interno 44 del corpo 41 cavo con il canale di scarico. Il vano interno è costituito con ciò sostanzialmente da una fessura anulare 45 formata fra la candeletta a incandescenza 40 e la parete interna del corpo 41 cavo.
In questa fessura anulare 45 sbocca un canale di alimentazione 47, che conduce obliquamente nel corpo 41 cavo ancorato nel bocchettone a vite 29, preferibilmente anche eseguito solidale con esso. L'uscita del canale di alimentazione 47 dal bocchettone a vite 29 si trova parimenti eccentrica rispetto all'asse longitudinale del bocchettone a vite accanto all'alloggiamento 38, sul lato frontale 49 del bocchettone a vite 29 opposto nel tubo di scarico 9. Per poterlo avvitare nel manicotto di avvitamento, questo presenta preferibilmente un esagono 50.
Il canale di alimentazione 47 si trasforma dopo l'uscita dal bocchettone a vite 29 in un pezzo di tubazione 51 corto, che si diparte da una conca di alloggiamento 52. In questa conca di alloggiamento è introdotta a tenuta l'estremità della valvola dosatrice 23, e assicurata su di essa con una molletta di fissaggio elastica. La valvola dosatrice è inoltre fissata con una molletta di fissaggio 54 elastica su una lamiera di supporto 55. Questa lamiera circonda la valvola dosatrice, che è preferibilmente un iniettore di combustibile noto, su tre lati, con sezione trasversale approssimativamente a forma di U, e protegge quindi la valvola dosatrice e il collegamento di essa verso la tubazione 51 da influenze meccaniche, e anche da influenze di temperatura che potrebbero agire da parti adiacenti del tubo di scarico 9. La lamiera di fissaggio è fissata al bocchettone a vite 29, ad es. saldata ad esso su una spalla 56, e forma quindi insieme alla valvola dosatrice, al bocchettone a vite, e al corpo 41 cavo un'unità compatta facilmente intercambiabile. Il collegamento di tubazione corto fra la valvola dosatrice e corpo 41 cavo garantisce una quantità esigua di volume morto fra l'apertura della valvola dosatrice e l'erogazione del riducente nel gas di scarico. Mediante applicazione della lamiera di fissaggio 55 alla spalla 56 è con ciò ancora garantita la manipolazione del bocchettone a vite tramite l'esagono 50. Anche la candeletta a. incandescenza può essere facilmente sostituita quale particolare situato eccentrico accanto alla valvola dosatrice 23.
Questa unità compatta ha inoltre i vantaggi funzionali che il vano interno fra il corpo 41 cavo sotto forma di bussola metallica e la candeletta a incandescenza 40 hanno un volume molto piccolo, e che il combustibile o il riducente immesso in questo volume piccolo può essere riscaldato rapidamente e intensamente sulla candeletta a incandescenza. Con ciò le temperature massime compaiono sulla punta rivolta verso l'apertura di passaggio-43 della candeletta a incandescenza 40, e la posizione dell'apertura di passaggio garantisce che tutto il combustibile che entra nel gas di scarico debba passare accanto a questa punta fortemente riscaldata della candeletta a incandescenza, ed ivi subisca la propria evaporazione .
Gli sporcamenti esterni dovuti ai gas di scarico possono essere eliminati mediante breve combustione libera, aumentando fortemente la temperatura della candeletta a incandescenza oltre la normale temperatura di esercizio. La massa esigua della bussola metallica formante il corpo cavo viene riscaldata molto rapidamente, sicché con ciò viene garantita la combustione della fuliggine depositata. L'immissione del combustibile al centro della corrente di gas di scarico, e per giunta in forma esclusivamente gassosa, evita depositi di combustibile o riducente sulle pareti e garantisce una distribuzione omogenea del riducente immesso. La bussola metallica è inoltre anche riscaldabile a temperature elevate durante il funzionamento continuo, senza che vi sia da temere una perdita di funzionalità .
Il riscaldamento della candeletta a incandescenza 40 avviene tramite una linea di comando 36, che proviene dal dispositivo di comando 24. Il catalizzatore 11 è realizzato quale catalizzatore riducente, e serve per la riduzione dei componenti di NOX nei gas di scarico del motore a combustione interna. Il presente motore a combustione interna è un motore a combustione interna ad accensione spontanea, che viene notoriamente fatto funzionare con un notevole eccesso d'aria, e a causa di questo procedimento di combustione presenta un tenore notevole di componenti NOX nel gas di scarico. Questo tenore è già grande in un motore a combustione interna che funziona con il procedimento a camera di turbolenza mostrato, questo tenore è ancora maggiore nei motori a combustione interna nei quali 1'iniezione avviene direttamente nella camera di combustione 4. A causa dell'elevato eccesso d'aria, che è presente anche nei gas di scarico e ha per conseguenza un tenore estremamente basso di CO nei gas di scarico, non è possibile ottenere in misura soddisfacente mediante questo CO una riduzione dei componenti NOX eseguibile efficacemente. A ciò si aggiunge quale ulteriore difficoltà che i gas di scarico di motori a combustione interna ad accensione spontanea presentano una temperatura sostanzialmente minore rispetto ai motori a combustione interna ad accensione esterna con formazione di miscela esterna, che complica sostanzialmente il comportamento di avviamento di un catalizzatore inserito a valle e un'elevata efficienza di questo catalizzatore. Questi svantaggi vengono contrastati con l'aiuto dell'immissione di riducenti. Il combustibile introdotto consente efficacemente una riduzione nel catalizzatore. Contemporaneamente avviene anche una trasformazione termica di combustibile nel catalizzatore, che aumenta la temperatura di esercizio e del catalizzatore e ne migliora l'efficacia. A tale scopo è necessario per l'incremento dell'efficacia che il riducente introdotto giunga nel gas di scarico finemente distribuito e trasformabile rapidamente. Inoltre è importante che venga immessa soltanto la quantità di riducente necessaria per l'efficace disinquinamento dei gas di scarico. Con l'aiuto della valvola 23 comandata elettricamente, predisposta tramite il dispositivo di comando 24, viene ora immessa la quantità di riducente rispettivamente necessaria corrispondentemente al volume di gas di scarico determinato dal carico e dal numero di giri, tenendo inoltre conto della temperatura T del gas di scarico e/o del catalizzatore.
La buona preparazione del combustibile Diesel qui utilizzato quale riducente avviene con l'aiuto del dispositivo di evaporazione 26, dopo che con l'aiuto della valvola 23 citata in precedenza viene controllata la quantità di combustibile. Il dispositivo di evaporazione eroga con ciò soltanto combustibile sotto forma di vapore, che giunge nel gas di scarico attraverso l'apertura di passaggio del corpo cavo. Questo corpo cavo viene riscaldato da una parte dal gas di scarico, dall'altra anche dalla candeletta a incandescenza 40. Il comando del riscaldamento avviene parimenti in funzione dei parametri citati, cosicché è garantita un'aggiunta continua di combustibile in forma gassosa nei gas di scarico nella quantità necessaria.
In maniera vantaggiosa la valvola dosatrice 23 viene alimentata dalla circolazione di combustibile della pompa di iniezione del combustibile, comunque necessaria per il funzionamento del motore a combustione interna. Con l'aiuto del regolatore di pressione 20 è con ciò disponibile la bassa pressione necessaria senza un grande ·onere aggiuntivo. La valvola dosatrice può essere in maniera semplice un iniettore a bassa pressione, che può essere modificato facilmente mediante riduzione dell'apertura di uscita a un unico foro. Mediante il controllo citato, che serve all'efficienza della riduzione, ma impedisce anche che HC in eccesso giunga nell'ambiente quale emissione, è necessario per il funzionamento del catalizzatore riducente un consumo supplementare di combustibile soltanto esiguo.

Claims (10)

  1. Rivendicazioni 1. Dispositivo per il post-trattamento di gas di scarico di un motore a combustione interna con un catalizzatore riducente (11) che serve alla riduzione di componenti NOX dei gas di scarico, al quale conduce un tubo di scarico (9), con una valvola (23) comandata elettricamente quale dispositivo per il dosaggio di un riducente da immettere nel flusso del gas di scarico addotto al catalizzatore (11), e con un dispositivo di evaporazione (26), mediante il quale il riducente dosato viene fatto evaporare prima dell'immissione nel gas di scarico, ove il dispositivo di evaporazione (26) presenta un corpo (41) cavo sporgente nel flusso del gas di scarico attraverso·la parete del tubo di scarico (9), collegato con il flusso del gas di scarico mediante almeno un'apertura di passaggio (43), nel cui vano interno (44) sporge a distanza esigua rispetto alla parete interna di esso un corpo riscaldante (40), mediante il quale il riducente introdotto nel vano interno rimanente viene riscaldato fino alla temperatura di evaporazione, caratterizzato dal fatto che il corpo (41) cavo è una bussola in metallo, che presenta per il collegamento del proprio vano interno con il flusso del gas di scarico un'apertura di passaggio (43) sul proprio lato frontale.
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il corpo riscaldante è una candeletta a incandescenza (40) riscaldata elettricamente.
  3. 3. Dispositivo secondo là rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che il corpo (41) cavo sporge con il proprio lato frontale (49) nel flusso centrale del gas di scarico condotto nel tubo di scarico .
  4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che la candeletta a incandescenza (40) è collegata intercambiabile con un elemento di fissaggio (29) introdotto nella parete del tubo di scarico (9), e attraverso il quale, inoltre, un canale di alimentazione (47) che adduce il riducente da far evaporare conduce verso il vano interno (44, 45) del corpo (41) cavo fissato ad esso.
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il corpo (41) cavo con il corpo riscaldante (40) sporgente in esso sono disposti eccentrici all'asse dell'elemento di fissaggio eseguito quale bocchettone a vite (29), avvitato nella parete del tubo di scarico (9).
  6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che sul bocchettone a vite (29) è fissata una lamiera di fissaggio (55) per la valvola (23) comandata elettricamente, collegata con il canale di alimentazione (47) tramite un breve pezzo di tubazione (51).
  7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che la lamiera di fissaggio (55) circonda la valvola (23) su tre lati, con superficie del mantello situata in direzione longitudinale della valvola, e perpendicolare alla parete perimetrale del tubo di scarico.
  8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la lamiera di fissaggio (55) presenta mezzi di arresto (54), tramite i quali la valvola viene collegata con la lamiera di fissaggio.
  9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che il bocchettone a vite (29) presenta superfici ad accoppiamento di forma, in particolare un esagono (50), mediante il quale è av itabile nel tubo di scarico (9).
  10. 10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che quale riducente viene utilizzato combustibile, in particolare combustibile diesel.
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