ITMO20130339A1

ITMO20130339A1 - Condotto per la presa d'aria di un motore.

Info

Publication number: ITMO20130339A1
Application number: IT000339A
Authority: IT
Inventors: Luca Boschi; Stefano Nicola Carrara; Silvio Natali; Fabio Pescione
Original assignee: Cnh Italia Spa
Priority date: 2013-12-12
Filing date: 2013-12-12
Publication date: 2015-06-13
Also published as: US20160312749A1; EP3080431B1; WO2015086706A1; CN105940214A; CN105940214B; BR112016013391B1; BR112016013391A2; US9897052B2; EP3080431A1

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

“Condotto per la presa d'aria di un motore.”

Campo dell’invenzione

La presente invenzione si riferisce a un condotto adatto all’uso nel sistema di presa d’aria di un motore avente uno scambiatore intermedio di calore. Fondamento dell’invenzione

La turbocompressione, o la sovralimentazione della presa d’aria di motore causa un aumento sia della pressione sia della temperatura dell’aria. Mentre l’alta pressione è desiderabile, dato che aumenta la massa d’aria che può essere ammessa nei cilindri di motore, l’alta temperatura riduce la densità dell’aria e quindi riduce l’efficienza volumetrica del motore. Per prestazioni migliori, è noto ridurre la temperatura della presa d’aria facendola passare attraverso uno scambiatore intermedio di calore (CAC), chiamato anche refrigeratore, che è costruito come uno scambiatore di calore che consente alla presa d’aria di essere raffreddata mediante la dispersione del calore verso l’aria ambiente.

È noto montare il CAC vicino a, oppure sopra, il radiatore che raffredda il liquido di raffreddamento di motore, in modo tale che l’aria che scorre attraverso il radiatore passi prima attraverso il CAC. Quando, come nel caso di un veicolo agricolo, il motore è spesso in funzione in un ambiente sporco, lo sporco resta intrappolato all’interno del CAC e del radiatore ed essi devono essere puliti periodicamente per mantenere l’efficace funzionamento del motore ed evitare il surriscaldamento.

La figura 1 dell’unito disegno mostra una disposizione di un CAC 10 montato su un radiatore 12. Il CAC 10 è tenuto sul radiatore 12 mediante una staffa 14 che consente al CAC 10 un grado limitato di movimento lontano dal radiatore per fornire l’accesso per la pulizia.

Per evitare il bisogno di scollegare il CAC dal sistema di presa d’aria di motore durante le operazioni di pulizia, è noto utilizzare condotti flessibili per collegare l’entrata 16 e l’uscita 18 del CAC al sistema di presa d’aria del motore, vale a dire al turbocompressore o sovralimentatore e al collettore di presa d’aria del motore. A tale scopo, sono noti condotti estensibili e flessibili che hanno pareti costruite come un soffietto, vale a dire a forma di una concertina.

Oggetto dell’invenzione

La presente invenzione si basa sulla realizzazione che il soffietto di un condotto flessibile ed estensibile crea una caduta di pressione indesiderata, dato che offre una maggiore resistenza al flusso d’aria nel condotto, e cerca di diminuire questo problema.

Sommario dell’invenzione

Secondo la presente invenzione, viene fornito un condotto per la presa d’aria del motore, comprendente un condotto esterno avente prime e seconde estremità che servono come regioni di collegamento e una regione a soffietto assialmente comprimibile ed estensibile disposta tra le due regioni di collegamento, caratterizzato da un tubo interno non estensibile disposto all’interno del condotto esterno e avente una parete impermeabile ai gas, in cui il tubo interno ha prime e seconde estremità che si chiudono a tenuta, rispettivamente, contro la prima e la seconda regione di collegamento del condotto esterno, quando la regione a soffietto è compressa, e in cui almeno una della prima e seconda estremità del tubo interno è distanziata dalla regione di collegamento adiacente del tubo esterno, quando la regione a soffietto è estesa.

Quando il CAC è nella sua posizione di funzionamento, la regione a soffietto del condotto è completamente compressa e il tubo interno si chiude a tenuta in corrispondenza di entrambe le sue estremità contro le regioni di collegamento del condotto. In questo modo, l’aria può scorrere facilmente attraverso il tubo interno soltanto senza che nessuna turbolenza sia causata dalla regione a soffietto. Una maggiore resistenza all’aria si verifica quando il CAC è spostato nella posizione di pulizia, quando un’estremità del tubo interno si separa dalla regione di collegamento adiacente del condotto ed espone una parte della regione a soffietto del condotto. Tuttavia, dato che il motore non è messo in funzione solitamente nei periodi in cui il CAC è nella posizione di pulizia, la maggiore resistenza all’aria quando la regione a soffietti è estesa non ha importanza. Quindi, l’invenzione fornisce un condotto che offre una bassa resistenza all’aria, quando il motore è in funzione, eppure consente al CAC di essere spostato verso una posizione di pulizia senza dover essere scollegato dal sistema di presa d’aria del motore.

Se il connettore del CAC si deve spostare soltanto lungo una linea retta, il tubo interno può essere rigido e soltanto il condotto esterno deve essere realizzato in un material flessibile. Tuttavia, per consentire al CAC di spostarsi lungo una curva, è possibile, in alcune forme di realizzazione dell’invenzione, sia per il condotto esterno sia per il tubo interno essere flessibili. Questo può essere ottenuto se sia il condotto esterno e il tubo interno sono realizzati in un materiale elastomerico.

Per un flusso d’aria ottimizzato, dovrebbero esservi discontinuità minime nella parete interna del condotto. Tenendo presente questo scopo, il diametro interno di qualsiasi regione di collegamento del condotto esterno che si può separare dal tubo interno quando il condotto è esteso, può essere uguale al diametro interno del tubo interno.

Anche se ciascuna delle estremità del tubo interno può essere progettata per separarsi dalla sua regione di collegamento adiacente del condotto esterno quando il condotto è esteso, in alcune forme di realizzazione, una delle estremità del tubo può essere progettata per inserirsi all’interno della regione di collegamento adiacente del condotto, in modo tale da conservare la stessa posizione relativa sia nello stato esteso sia nello stato compresso del condotto. In questo caso, il diametro interno di un’estremità del condotto esterno può essere uguale al diametro esterno della prima estremità del tubo interno al fine di ricevere e chiudersi a tenuta contro la prima estremità del tubo interno.

Per contribuire all’esecuzione di una buona chiusura a tenuta con il condotto, la seconda estremità del tubo interno può avere una parete esterna rastremata. La seconda estremità del tubo interno può essere formata anche con fessure che si estendono assialmente per consentire alla seconda estremità del tubo interno di essere compressa radialmente. Si noti che la “chiusura a tenuta” tra il tubo interno e le regioni di collegamento del condotto esterno non deve essere considerata come chiusura a tenuta ermetica idrostatica, ma come chiusura a tenuta idrodinamica. La chiusura a tenuta è richiesta per garantire che tutto il flusso d’aria passi in modo ottimizzato dal tubo interno nella regione di collegamento del condotto esterno. La presenza di fessure assiali nell’estremità rastremata del tubo non interferisce con la facilità del flusso d’aria, ma serve per ottenere un equilibrio di pressione tra lo spazio all’interno del tubo interno e lo spazio tra il tubo interno e la regione a soffietto del condotto esterno.

In alcune forme di realizzazione, degli anelli di serraggio esterni sono disposti in incavi definiti dalle pieghe del soffietto e agiscono per comprimere il soffietto contro il tubo interno. Tali anelli di serraggio consentono alla regione a soffietto di sopportare l’alta pressione generata dal turbocompressore.

Breve descrizione dei disegni

L’invenzione verrà ora ulteriormente descritta, a titolo di esempio, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:

la Fig. 1, come precedentemente descritta, mostra uno scambiatore intermedio di calore montato in modo amovibile su un radiatore,

la Fig. 2 è una sezione attraverso un condotto dell’invenzione nello stato compresso adottato nella posizione di funzionamento del CAC,

la Fig. 3 è una sezione attraverso il condotto di figura 2 nello stato esteso che adotta nella posizione di pulizia del CAC, e

la Fig.4 è una sezione simile a quella di figura 4, che mostra una forma di realizzazione alternativa dell’invenzione.

Descrizione dettagliata della forma di realizzazione

Le figure 2 e 3 mostrano un condotto 20 costituito da un condotto esterno 22 e da un tubo interno 24, realizzati entrambi in un materiale elastomerico. Il condotto esterno 22 ha una regione di collegamento 22a che deve essere fissata all’entrata 16 o all’uscita 18 del CAC 10, ad esempio mediante una fascetta stringitubo (non mostrata) e una regione di estremità 22b da collegare in un modo simile a un condotto che porta a un turbocompressore o a un collettore di presa del motore. La regione 22c tra le due regioni di collegamento di estremità 22a e 22b è costruita come un soffietto con pieghe anulari multiple che consentono a questa di essere estesa e compressa.

Il tubo interno 24, che ha una parete impermeabile ai gas, ha una regione centrale 24c, di spessore di parete maggiore e diametro esterno allargato, disposta con la regione a soffietto 22c del condotto esterno 22, e una regione di estremità 24b tenuta all’interno della regione di estremità 22b del condotto esterno 22 e una regione di estremità 24a che è rastremata per effettuare una chiusura a tenuta idrodinamica contro la regione di collegamento 22a del condotto esterno 22.

Molle o fili di serraggio 26 sono inseriti all’interno degli incavi definiti dalle pieghe della regione a soffietto 22c per rafforzare il condotto esterno 22 e comprimere il soffietto radialmente contro la superficie esterna del tubo interno 24.

Nella posizione di funzionamento del CAC 10, il condotto 20 adotta la posizione mostrata in figura 2. L’aria che è stata compressa mediante un turbocompressore entra nel tubo interno 24 da destra, come si vede, e scorre attraverso la parte interna del tubo interno 24. Dato che quest’ultima ha pareti lisce, non crea alcuna turbolenza e il flusso d’aria incontra quindi una resistenza al flusso minima. Raggiungendo l’estremità opposta del condotto, l’aria passa facilmente dal tubo interno 24 alla regione di collegamento 22a del condotto esterno 22.

Dato che l’estremità rastremata 24a del tubo interno 22 e la regione di collegamento 22a del condotto esterno 22 sono spinte l’una contro l’altra, l’estremità del tubo interno 24 è compressa radialmente. Le fessure che si estendono assialmente 24d nell’estremità del tubo consentono al suo diametro di essere ridotto sotto l’azione della superficie rastremate di accoppiamento. Questo crea una chiusura a tenuta idrodinamica efficace che minimizza la resistenza all’aria. Dopo l’equalizzazione iniziale delle pressioni sui lati opposti del tubo interno 24, non vi è alcun spostamento attraverso le fessure 24d per creare turbolenza nel flusso dell’aria compressa.

La posizione del condotto mostrata in figura 3 è quella adottata quando il condotto è esteso per adattarsi al movimento del CAC 10 nella posizione di pulizia. Nonostante consentano il movimento del CAC, nessuna delle regioni di collegamento del condotto esterno 22 deve essere separata dal condotto al quale è fissata. All’interno del condotto, l’estensione della regione a soffietto 22c fa in modo che l’estremità 24a del tubo interno 24 si separi dalla regione di collegamento 22a del condotto esterno 22. Anche se questo disturba il flusso ottimizzato attraverso il condotto 20, questo non è importante dato che l’aria non scorre attraverso il CAC mentre si sta eseguendo un’operazione di pulizia.

Anche se il tubo interno 24 è stato descritto come tenuto in corrispondenza di un’estremità all’interno della regione di collegamento 22b del condotto esterno, questo non è essenziale dato che il tubo interno 24 può galleggiare all’interno del condotto esterno 22 ed eseguire una chiusura a tenuta con il condotto esterno 22 in corrispondenza di entrambe le sue estremità, nel modo descritto per l’estremità 24a, soltanto quando il condotto 20 è compresso.

Il condotto 20 nelle figure 2 e 3 può essere collegato all’entrata 16 o all’uscita 18 del CAC. Dato che il diametro interno del condotto è sostanzialmente uniforme su tutta la lunghezza del condotto, la direzione del flusso d’aria, e l’orientamento del condotto, non sono fondamentali. La forma di realizzazione dell’invenzione mostrata in figura 4 è diversa da quella delle figure 2 e 3 per i dettagli della costruzione del condotto esterno 122 e del tubo interno 124. Mentre nella forma di realizzazione delle figure 2 e 3, la parete esterna rastremata del tubo interno 24 entra in contatto con la parete interna rastremata del condotto esterno 22 per eseguire una chiusura a tenuta, nella forma di realizzazione di figura 4, è la superficie di estremità assiale del tubo interno 124 che entra in contatto con il condotto esterno 122 per eseguire una chiusura a tenuta. Il condotto esterno 122 in questo caso ha un anello di serraggio 126 in corrispondenza della giunzione tra la regione a soffietto e la regione di collegamento a sinistra nel disegno. L’estremità adiacente del tubo interno 124 non ha più le fessure assiali e la sua superficie esterna non è rastremata. Invece, il tubo interno 124 ha una nervatura anulare rotonda che sporge verso l’interno 124a che aumenta la rigidità dell’estremità del tubo interno 124.

Anche se il condotto descritto è stato descritto con riferimento alla sua applicazione in un sistema di presa d’aria di un motore avente un componente mobile, si noterà che esso non si limita al suo utilizzo in questa applicazione. L’invenzione, invece, può trovare un utilizzo in qualsiasi applicazione che richieda un condotto estensibile, in cui è preferibile ridurre la resistenza al flusso e una caduta di pressione eccessiva attraverso il condotto.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Condotto (20) per la presa d’aria di motore, comprendente un condotto esterno (22) avente prime e seconde estremità (22a, 22b) che servono come regioni di collegamento e una regione a soffietto assialmente comprimibile ed estensibile (22c) disposta tra le due regioni di collegamento (22a,22b), caratterizzato da un tubo interno non estensibile (24) disposto all’interno del condotto esterno (22) e avente una parete impermeabile ai gas, in cui il tubo interno (24) ha prime e seconde estremità (24a, 24b) che si chiudono a tenuta, rispettivamente, contro la prima e la seconda regione di collegamento (22a,22b) del condotto esterno (20), quando la regione a soffietto è compressa, e in cui almeno una (24a) della prima e seconda estremità del tubo interno (24) è distanziata dalla regione di collegamento adiacente (22a) del tubo esterno (22), quando la regione a soffietto (22c) è estesa.
2. Condotto secondo la rivendicazione 1, in cui sia il condotto esterno (22) sia il tubo interno (24) sono flessibili.
3. Condotto secondo la rivendicazione 2, in cui il condotto esterno (22) e il tubo interno (24) sono realizzati in un materiale elastomerico.
4. Condotto secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui gli anelli di serraggio esterni (26) sono disposti in incavi definiti dalle pieghe della regione a soffietto (22c) del condotto esterno e agiscono per comprimere la regione a soffietto contro il tubo interno.
5. Condotto secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il diametro interno di almeno una (22a) delle regioni di collegamento del condotto esterno (22) è uguale al diametro interno del tubo interno (24).
6. Condotto secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui il diametro interno di un’estremità (22b) del condotto esterno (22) è uguale al diametro esterno di un’estremità adiacente (24b) del tubo interno (24) ed è operativo per ricevere e chiudersi a tenuta contro l’estremità adiacente (24b) del tubo interno.
7. Condotto secondo qualsiasi rivendicazione precedente, in cui l’estremità (24a) del tubo interno (24) che è distanziata dalla regione di collegamento adiacente (22a) del condotto esterno (22), quando la regione a soffietto (22c) è estesa, ha una parete esterna rastremata.
8. Condotto secondo la rivendicazione 6 o 7, in cui l’estremità (24a) del tubo interno (24) che è distanziata dalla regione di collegamento adiacente (22a) del condotto esterno (22), quando la regione a soffietto (22c) è estesa, il tubo interno (24) è formata con fessure che si estendono assialmente (24d).
9. Condotto secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui l’estremità del tubo interno (124) che è distanziata dalla regione di collegamento adiacente del condotto esterno (122), quando la regione a soffietto è estesa, è formata con una nervatura rotonda che sporge verso l’interno (124a).