ITRM960471A1 - Motore a combustione interna, in particolare per autoveicoli con rici= clo dei gas di scarico - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: "Motore a combustione interna, in particolare per autoveicoli con riciclo dei gas di scarico"
L'invenzione riguarda un motore a combustione secon do il tipo definito piu da vicino nel preambolo della rivendicazione 1.
Motori a combustione interna con un riciclo del gas di scarico, in cui nel condotto di riciclo é disposto uno scambiatore di calore o un refrigeratore dei gas di scarico, sono noti ad esempio dalle pubblicazioni DE 4007.516 Al e DE 3506 217. Mediante il montaggio di uno scambiatore di calore in questa po sizione viene migliorato il rendimento del motore a combustione interna. Si ottengono così ad esempio vantaggi in relazione alla quantità di emissioni di azoto e di particelle e al consumo del combustibile Resta tuttavia il problema di particelle residue, ad esempio sostanze aggressive nel gas di scarico del motore a combustione interna, che comportano un insudiciamento e una riduzione del rendimento bustione interna, questo problema non é stato risolto .
Dalla pubblicazione DE 94 21 145.0 U1 é noto un motore diesel con un impianto di scarico di gas, contenente un catalizzatore per la catalisi a ossidazione di idrocarburi, nonché con il condotto di riciciò del gas di scarico, che sbocca nell’impianto di aspirazione del motore diesel e in cui é disposto i uno scambiatore di calore per il raffreddamento dei gas di scarico, il catalizzatore essendo disposto nel condotto di riciclo dei gas di scarico in direzione di flusso anteriormente allo scambiatore di calore. Altrimenti, per la catalisi degli idrocarbul ri può essere previsto uno strato sulle parti di parete di uno scambiatore di calore, conducenti i gas di scarico.
La presente invenzione si é posta il compito di realizzare un motore a combustione interna con un riciclo dei gas di scarico del tipo precedentemente menzionato, in cui le particelle residue, in particolare sostanze aggressive, non compromettono lo scambiatore di calore disposto nel condotto di riciclo dei gas di scarico.
Secondo l'invenzione questo compito viene risolto mediante le caratteristiche indicate nella parte caratterizzante della rivendicazione 1 Prove sperimeritali hanno in partica dimostrato che con la depurazione secondo l 'invenzione dello scambiatore di calore mediante l'alimentazione dell' aria compressa contro oppure nel flusso dei gas di scari-
co si possono evitare forti insudiciamenti e quindi una riduzione dell 'efficacia dello scambiatore di calore . In funzione del grado di insudiciamento secondo l'invenzione é ora necessario regolare mediante un appropriato controllo il passaggio dei gas di sca rico e l'alimentazione dell' aria compressa in maniera tale che lo scambiatore di calore venga depurato periodicamente oppure anche in modo mirato al raggiungimento di un prestabilito grado di insudiciamento .
Per l alimentazione dell'aria compressa nel condotto di riciclo dei gas di scarico sono immaginabili diverse possibilità.
In modo semplice può essere a tal fine usata l'aria di svoralimentazione . Per la depurazione dello scambiatore di calore può essere usata ugualmente anche i l'aria compressa dalla rete di bordo di un autoveicolo .
Ulteriori forme di realizzazione e sviluppi vantaggiosi a tal fine risultano dalle sottorivendicazioni e dagli esempi di realizzazione descritti qui di seguito con riferimento al disegno, in cui:
la figura 1 mostra una vista in principio del riciciò secondo l'invenzione dei gas di scarico per un motore a combustione interna con una depurazione di uno scambiatore di calore mediante l'aria di sovralimentazione ;
la figura 2 rappresenta un esempio di realizzazione per l'azionamento ad aria compressa di una valvola di riciclo dei gas di scarico;
la figura 3 mostra un altro esempio di realizzazione di un azionamento di una valvola di riciclo dei gas di scarico mediaulte l'aria compressa;
la figura 4 rappresenta un esempio di realizzazione di principio per un condotto di alimentazione deil'aria compressa per la depurazione dello scambiatore di calore mediante l'aria compressa dalla rete di bordo;
la figura 5 mostra un'altra variante di
ne dell'aria compressa dalla rete di bordo per la depurazione dello scambiatore di calore e
la figura 6 rappresenta una terza possibilità di alimentazione dell'aria compressa dalla rete di bordo per la depurazione dello scambiatore di calore. L'aria di combustione per un motore a combustione interna che é illustrato nella figura 1 in linea dimassima con 6 cilindri 1, viene aspirata da un condotto di aspirazione 2, compressa in un compressore-3 e dopo aver attraversato un refrigerante 4, adotta attraverso un condotto di sovralimantazione 5 ai cilindri 1. In un condotto di scarico6, chepreleva i gas di scarico dai cilindri 1 è dispostaunavalvola riciclo 7 dei gas di scarico. Dalla valvola di ri -ciclo 7, il condotto di scarico 6 si estende verso una turbina 24 dei gas di scarico. Dalla valvola di riciclo 7 dei gas di scarico si dirama un condotto di riciclo 8, che porta verso uno scambiatore di calore 9. Dallo scambiatore di calore 9 il condo to di riciclo 8 dei gasi di scarico si estende all'indietro verso il condotto di aria di sovralimenta -zione 5.
Nel normale esercizio di riciclo dei gas di scarico attraverso il condotto 8. al superamento di una certa potenza del motore viene chiusa la valvola di riciclo 7 dei gas di scarico, in quanto la pressione di carico nel condotto di sovralimentazione 5 supera la pressione dei gas di scarico nel condotto di scarico 6 e pertanto attraverso il condotto di riciclo 8 non passa più il gas di scarico. Al contrario, in; questo caso l'aria fresca compressa eviterebbe in modo indesiderabile i cilindri 1. Questo caso viene usato in modo mirato e a tempo limitato per la depurazione dello scambiatore di calore 9. A tal fine, attraverso un apparecchio di controllo elettronico, non illustrato, il sistema di riciclo dei gas di .scarico viene usato in maniera tale che nelle zone appropriate del campo caratteristico del motore l'aria di carico proveniente dal condotto di alimentazione 5 passi attraverso il condotto di riciclo 8 verso lo scambiatore di calore 9 contro la direzion3 di flusso del normale esercizio di riciclo dei gas di scarico. Mediante questo flusso in controcorrente, insudiciamenti , sostanze aggressive e un eventuale condensato vengono convogliati attraverso la valvol di riciclo 7, collegata in modo appropriato, nel condotto di scarico 6 dei gas di scarico e da quest verso lo scarico.
Una soluzione molto semplice ed economica per il riconoscimento dell'istante di una depurazione necessaria dello scambiatore di calore 9 é un puro controllo di tempo, mediante il quale si esegue periodicamente la depurazione in funzione delle ore di esercizio del motore.
Sarebbe più efficace, però anche più costoso eseguire una sorveglianza continua della protata dello scambiatore di calore 9 mediante un apposito apparecchio di misurazione, con il quale potrebbe essere contemporaneamente regolata anche la quantità del gas di scarico da riciclare.
Un'altra soluzione può consistere nel fatto che allo scambiatore di calore 9 vengono applicati sensori di temperatura. Punti di misurazione sono previsti in questo caso in primo luogo nel punto di entrata del gas di scarico nello scambiatore di calore 9 e nel punto di uscita dallo scambiatore di calore e in aggiunta sul lato di entrata del mezzo refrigerante per lo scambiatore di calore 9. Dalle tre temperature, rilevate in questo modo, può essere quindi calcolato il grado di scambio dello scambiatore di calore 9. Valori nominali del grado di scambio possono essere riportati in campi caratteristici di un appa-i recchio di controllo elettronico e continuamente sorvegliati. Se varia il grado di scambio allora viene avviata la depurazione dello scambiatore di calore Un'altra forma di realizzazione possibile consiste anche nel sorvegliare le perdite di pressione dello scambiatore di calore, in questo caso la pressione essendo misurata ugualmente prima dell'entrata nello scambiatore di calore e dopo l'uscita da questo ultimo.
la durata della depurazione dello scambiatore di calore può essere regolata in funzione del tempo . Al termine del tempo di depurazione , la valvola di riciclo 7 dei gas di scarico viene di nuovo chiusa.
Se durante la fase di depurazione si verifica un aumento del fabbisogno di aria del motore , ad esempio· in caso di una forte accelerazione , allora la valvola di ricicolo 7 dei gas di scarico può essere immediatamente richiusa, interrompendo la depurazione dello scambiatore di calore e quindi anche la misurazione del tempo . Questo stato può essere riconosciuto da un apparecchio di controllo . Successivamente , il tempo di depurazione interrotto può essere recupenato senza problemi .
Gli intervalli di depurazione possono essere riportati in un apparecchio di controllo ai fini diagnostici . Se intervalli di depurazione scendono al di sotto di certi valori minimi , allora il sistema di rie dei gas di scarico viene messo fuori esercizio mediante la valvola di riciclo 7 , che rimane permanen -temente chiusa. Questo stato può essere segnalato al conducente attraverso un segnale di avviso . Ciò significa che le proprietà di marcia restano completamente mantenute e il motore emette solo emissioni indebitamente elevate di ossido di azoto .
Per questa ragione può essere previsto che in caso di eliminazione del sistema di riciclo dei gas di scarico, la potenza del motore venga limitata mediante una limitazione della quantità di iniezione in maniera tale che l'emissione massima possibile di ossido di azoto equivalga all'emissione di ossido di azoto nell'esercizio indisturbato di riciclo dei gas di scarico.
Nella metà inferiore della figura 1 e nelle figure da 2 a 6 sono rappresentate alternative per la generazione di aria compressa e la sua alimentazione nel condotto di riciclo 8 dei gas di scarico nonché per l'azionamento della valvola di riciclo 7 mediante l'aria compressa. Al posto dell'aria di carico proveniente dal condotto 5, in questo caso viene usata! tra l'altro l'aria compressa dalla rete di bordo. Il riconoscimento e l'avviamento della depurazione dello scambiatore di calore 9 nonché le funzioni di controllo e di sorveglianza possono essere ottenuti in modo identico come precedentemente descritto.
Così ad esempio in un veicolo commerciale, che é munito di una rete di aria compressa, é possibile far azionare la valvola di riciclo 7 dei gas di scaricò anche a sovrapressione, anziché come finora normalmente a sotto pressione. In questo caso, con una pressione preliminare costante, questa pressione, proveniente da un serbatoio 10 della rete di bordo, fungente quale sorgente di aria compressa, deve essere però modulata a mezzo di una valvola proporzionale 11, per ottenere diverse posizioni della valvola di riciclo pneumatica 7 dei gas di scarico, Questa operazione é legata ad una perdita di aria compressa, che defluisce all'esterno attraverso una uscita 12 del convertitore di pressione elettropneumatico rispettivamente della valvola proporzionale 11. Per ridurre al minimo queste perdite può essere previsto disporre un supplementare dispositivo di commutazione 11 nel condotto di alimentazione della valvola 11, che appoggia l'avviamento della valvola di riciclo 7 in entrambe le posizioni di esercizio che si presentano più frequentemente e precisamente la completa apertura della valvola di riciclo 7 oppure la completa chiusura della stessa, in maniera tale che facoltativamente:
1. la pressione massima del serbatoio 10 viene trasmessa attraverso un condotto 14, la valvola di riciclo 7 dei gas di scarico essendo completamente aperta e senza perdite, rispettivamente
2. il percorso attraverso un condotto 15 dal dispositivo di commutazione 3 verso la valvola proporzio-nale 11 viene liberato, la valvola di riciclo 7 dei gasi di scarico trovandosi in posizioni intermedie ed essendo presenti perdite oppure 3. infine entrambi i condotti 14 e 15 restano chiusi la valvola di riciclo 7 dei gas di scarico essendo completamente chiusa senza perdite.
Nel caso 2. può inoltre essere previsto di convogliare l'aria defluente inutilizzata o ad un condotto di aspirazione 16 di un compressore 17 per il serbatoio 10 oppure al condotto di aspirazione 2 del compressore 4. Nelle applicazioni in veicoli commerciali é inoltre importante che le elevate pressioni dei gas di scarico, che si verificano nell'esercizio di freno motore nel condotto di gas di scarico 6 premono in Inodo indesiderabile sulla valvola di riciclo 7 chiusa), per cui decresce la potenza di frenatura. Questo stato potrebbe essere eliminato mediante un collocamento appropriato della sede di valvola oppure mediante un aumento della forza di chiusura propria della valvola Se però le ragioni di costruzione, certe condizioni di montaggio oppure un peggioramento della dinamica o della possibilità di regolazione della valvola sono contrari a soluzioni del genere, per evitare questo stato, che influenza negativamente la sicurezza di marcia, viene proposto di utilizzare nell'esercizio di frenatura o la pressione del serbatoio 10 attraverso un condotto 11 con una valvola di bloccaggio 19 oppure la pressione regnante nel condotto di scarico di gas 6 attraverso un condotto 20 con una valvola di bloccaggio 21 per aumentare la forza di chiusura propria della valvola di riciclo 7 dei gas di scarico.! A tal fine si rimanda alla illustrazione della figura 2. Mediante i condotti 20 o 18, realizzati come condotti di controllo, viene generata una contropressione sulla valvola di riciclo 7 dei gas di scarico agente contro la pressione regnante nel condotto di scarico di gas 6. A differenza dall'esercizio di freno, anche nell'esercizio di combustione onde di pressione possono aprire in modo indesiderato nel condotto di gas di scarico 6 la valvola di riciclo 7 dei gas di scarico.
Accanto alle possibilità precedentemente descritte, per questo caso é inoltre appropriato fare intervenire la pressione di carico attraverso un condotto 22 con una valvola di bloccaggio 23 per aumentare la forza di chiusura propria.
Se la sede della valvola di riciclo 7 dei gas di scarico viene realizzata secondo la figura 3, allora nei campi di esercizio, in cui non é desiderato un riciclo dei gas di scarico, la valvola di riciclo 7 può essere aperta,anziché dalla pressione dei gas di scarico, dalla pressione regnante nel condotto di sovralimentazione 5. Per questa ragione viene previsto di procedere in questo caso conformemente al settore precedentemente indicato e di far intervenire di nuovo o la pressione di carico del cilindro 1 stesso attraverso il condotto 22 con la valvola di bloccaggio 23 oppure la pressione della rete di bordo attraverso il condotto 18 con la valvola di bloccaggio 19 o anche la pressione dei gasi di scarico attraverso il condotto 20 con la valvola di bloccag gio 21 per aumentare la forza di chiusura propria della valvola di riciclo 7 dei gas di scarico. All'uso dell'aria compressa della rete di bordo al posto dell'aria di carico per la depurazione dello scambiatore di calore 9, sono possibili diverse disposizioni di un condotto di aria compressa 25 che sono illustrate in modo semplificato nelle figure da 4 a 6 In una variante secondo la figura 4, un elemento di regolazione 26, che é disposto nel condotto di riciciò 8 dei gas di scarico tra lo scambiatore di calore 9 e il condotto di sovralimentazione 5. chiude il condotto verso il condotto di sovralimentazione 5 non appena é necessaria una depurazione dello scambiatore di calore 9 e apre contemporaneamente il condotto di aria compressa 25. L'aria compressa proveniente dal serbatoio 10 della rete di bordo attraversa lo scambiatore di calore 9 e passa attraverso il condotto di riciclo 8 e attraverso la valvola di riciclo 7, conformemente commutata, nel condotto di gas di scarico 6 e successivamente verso la turbina 24 dei gas di scarico.
Se l'aria compressa, dopo aver attraversato lo scambiatore di calore, viene introdotta nel condotto di gas di scarico 6 e nella turbina 24, il motore, par ticolarmente la sua alimentazione con l'aria e il cambio di carico rimangono in modo vantaggioso sostanzialmente non influenzati durante la pulitura.
Con riferimento alla figura 5, in alternativa alla conduzione dell'aria compressa illustrata nella figura 4, la valvola di riflusso 7 dei gas di scarico può rimanere chiusa e l'aria compressa viene derivat. attraverso un elemento di regolazione 27, che é disposto nel condotto di riciclo 8 dei gas di scari co tra lo scambiatore di calore 9 e la valvola di riciclo 7, dal condotto di riciclo 8 e fatta passare con un condotto di bipasso 28 attorno alla turbina di gas di scarico 24.
La figura 6 mostra un terza possibilità di passaggio dell'aria compressa, in cui può essere previsto che per iniziare lapulitura dello scambiatore di calore 9viene aperto l'elemento di regolazione 27, mentre viene chiusa la valvola di riciclo 7 dei gas di scarico l'aria compressa proveniente dal serbatoio 10 dalla rete di bordo attraversa lo scambiatore di calore 9 e si mescola, dopo aver abbandonato il con -dotto di riciclo 8 con l'aria fresca nel condotto di svoralimentazione 5. Benché l'aria compressa fluìsce in questo caso nella stessa direzione come nel normale esercizio a gas di scarico, la pulizia viene però ottenuta grazie alla pressione sensibilmente superiore.
Questa variante della conduzione dell'aria compressa offre il vantaggio che nel motore ha luogo una combustione ritardata dei depositi del refrigerante. in particolare delle particelle e in tale maniera si evita una sollecitazione a urto del sistema di scarico.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna, in particolare moto re a combustione interna per un autoveicolo, con un riciclo dei gas di scarico attraverso un apposito condotto di ritorno ad un condotto di sovralimentazione, in cui nel condotto di riciclo dei gas di ; carico é disposto uno scambiatore di calore e in cui il condotto di riciclo dei gas di scarico si dirama in una valvola di riciclo da un condotto di scarico di gas del motore a combustione interna, caratterizzato dal fatto che lo scambiatore di calore; (9) può essere pulito mediante un dispositivo che introduce l'aria compressa nel condotto di riciclo (8) dei gas di scarico.
- 2. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'aria compressa del dispositivo di adduzione di aria compressa é introducibile contro la direzione di flusso dei gas di scarico.
- 3. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che attraverso la valvola di riciclo (7), disposta tra il condotto di riciclo (8) dei gas di scarico e il condotto di gas di scarico (6), l'aria fresca, che si trova sotto pressione di sovralimentazione in una posizione di commutazione del condotto di ricic lo(8) dai gas di scarico, può essere introdotta nel condotto di ri ciclo (8) dei gas di scarico.
- 4.Motore a combustione interna secondo le rìvendicazioni 1, 2 o 3 caratte izzato dal fatto che per la pulitura dello scambiatore dicalore (9), l'aria com pressa viene alimentata nel condotto di riciclo (8) dei gas di scarico da una sorgente di aria compressa (10) della rete di bordo dell'autoveicolo.
- 5.Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che la valvola di riciclo (Z) del gas di scarico é azionabile a essendo previsto per il collegamento con la sorgente di aria,compressa (10)
- 6. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che l'aria compressa della sorgente di aria compressa (10) è alimentabile tra lo scambiatora di calore (9) e la val vola di riciclo (7) dei gasi di scarico.
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