ITRM970118A1 - Motore a combustione interna a pistoni - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
L'invenzione concerne un motore a combustione interna a pistoni a più cilindri con almeno due gruppi di cilindri dove, quando il motore a combustione interna funziona a carico parziale, un gruppo di cilindri è disattivabile, secondo il preambolo della rivendicazione 1.
Un motore a combustione interna di questo genere è noto dalla DE 29 07 934 Al. Il motore a combustione interna comprende due gruppi di cilindri, dove un gruppo di cilindri è disattivabile in presenza di esecizio a carico parziale. I gas di scarico dei due gruppi di cilindri vengono rimossi di volta in volta tramite un tronco di scarico. I tronchi di scarico sboccano, dopo il catalizzatore del gruppo di cilindri a servizio continuo, in un tronco di tubazione comune in cui è previsto un secondo catalizzatore. Durante il servizio a caricò parziale, il gruppo di cilindri disattivato funge da pompa e convoglia l’aria alimentata a questo gruppo di cilindri mediante il tronco di scarico nel secondo catalizzatore. In questo caso nasce il problema che la temperatura di questo secondo catalizzatore può scendere al di sotto della temperatura di esercizio a causa del raffreddamento dell’aria ambiente alimentata e quindi non si ha una depurazione catalitica o la si ha soltanto in modo insufficiente. Dopo una partenza a freddo del motore a combustione interna c'è il pericolo che il catalizzatore non raggiunga affatto la temperatura di esecizio e che i gas di scarico giungano nell'ambiente senza sufficiente depurazione catalitica .
Inoltre la DE 4421 258 Al mostra un motore a combustione interna con due gruppi di cilindri dei quali uno è disattivabile, dove i gruppi di cilindri presentano, a monte di un dispositivo di purificazione catalitica dei gas di scarico, tubi di scarico separati fra loro. Disattivando un gruppo di cilindri mediante l’interruzione dell’alimentazione di carburante mantenendo in essere lo scambio di gas, i gas di scarico di questo gruppo di cilindri vengono ricondotti nelle camere di combustione del gruppo di cilindri ancora riscaldati oppure, in una forma di realizzazione alternativa di un motore a combustione interna, nelle proprie camere di combustione. In questo modo si evita che i gas di scarico del gruppo di cilindri disattivato e quindi in fase di raffreddamento giungano nel dispositivo di purificazione catalitica dei gas di scarico riducendo la sua temperatura di esercizio. Nel noto motore a combustione interna, i tronchi di scarico di entrambi i gruppi di cilindri possono essere collegati mediante un segmento di tubo dove a monte del raccordo è disposto, in ciascuno dei tronchi di scarico, un catalizzatore. Siccome il tronco di scarico di un gruppo di cilindri disattivato viene chiuso a monte del catalizzatore e i gas di scarico di questo gruppo di cilindri vengono espulsi per altre vie, il catalizzatore viene protetto in modo affidabile da un'anlimentazione refrigerante di gas di scarico freddi. Però non si può evitare che, con l'aumento del tempo di esercizio del motore a combustione interna funzionante con carico parziale, il catalizzatore del gruppo di cilindri disattivato si raffreddi e, quando è sceso al di sotto della temperatura di esercizio, diventi inefficiente. Se il gruppo di cilindri disattivato viene rimesso in servizio, allora il catalizzatore raffreddato e inefficace produce elevate emissioni di gas di scarico
L'invenzione si prefigge il compito di sviluppare ulteriormente un motore a combustione interna a pistoni a più cilindri nel senso che il catalizzatore del gruppo di cilindri disattivato durante il servizio a carico parziale venga portato in brevissimo tempo, senza sorgenti termiche supplementari, a temperatura di esercizio e rispettivamente venga tenuto a questa temperatura.
Questo compito viene risolto secondo l'invenzione con i particolari della rivendicazione 1 .
Durante l'esercizio a carico parziale, i gas di scarico del gruppo di cilindri riscaldato passa attraverso il catalizzatore disposto in questo tronco di scarico. In direzione di flusso dopo il catalizzatore è previsto il segmento di tubo comune. Attraverso la depressione nel segmento di tubo del gruppo di cilindri disattivato, collocato a monte, una parte dei gas di scarico già purificati viene rimandata indietro tramite il catalizzatore del gruppo di cilindri disattivato. In questo caso, i gas di scarico caldi riscaldano il secondo catalizzatore del gruppo di cilindri non riscaldato e lo portano a temperatura di esercizio. Si può iniziare una seconda purificazione catalitica dei gas di scarico; ad ogni modo, il secondo catalizzatore ha già raggiunto la sua temperatura di esercizio quando, dopo il compimento del campo di carico parziale, anche il secondo gruppo di cilindri viene collegato e produce gas di scarico. Questi gas di scarico proveniente dal gruppo di cilindri collegato vengono purificati senza immediatamente nel catalizzatore preriscaldato.
Come dispositivo di depressione, mediante il quale nel tronco di tubazione del gruppo di cilindri disattivato viene prodotta una depressione, è previsto opportunamente lo stesso gruppo di cilindri, i cui pistoni coinvolti nel movimento dall'albero a gomiti sviluppano un effetto pompante. Le camere di combustione dei cilindri del gruppo relativo disattivato comunicano con il tronco di scarico in modo che una depressione prodotta nelle camere di combustione agisca anche sul tronco di tubazione tra il gruppo di cilindri disattivato e il catalizzatore e il gas di scarico venga aspirato dal tronco di scarico del gruppo di cilindri riscaldati. Per utilizzare soltanto l'effetto aspirante dei pistoni mossi e per evitare che nel tronco di scarico del gruppo di cilindri non riscaldato venga alimentata aria ambiente è previsto vantaggiosamente che le valvole di scarico dei cilindri del gruppo disattivato relativo vengano messe in posizione aperta e che le valvole di ammissione stiano in posizione chiusa. A seconda della direzione attuale della corsa del pistone, nel tronco di tubazione del gruppo di cilindri disattivato viene prodotta, alternativamente, una depressione e rispettivamente una sovrappressione che provoca un movimento di gas oscillante. Il gas di scarico viene aspirato dal segmento di tubo comune che collega le due linee di scarico durante la produzione di una depressione in direzione del gruppo di cilindri non riscaldato e viene rimandato indietro durante la corsa successiva. In questo modo, in corrispondenza del catalizzatore del gruppo di cilindri non riscaldato si ha um movimento di gas di scarico oscillante mediante il quale viene alimentato permanentemente gas di scarico caldo in entrambe le direzioni attraverso questo catalizzatore.
In un'altra esecuzione è previsto che il dispositivo di depressione comprenda un tubo di riflusso di gas di scarico che collega il tronco di scarico del gruppo di cilindri disattivato con il tubo aspirante del gruppo di cilindri riscaldato.
Attraverso il tubo aspirante del gruppo di cilindri riscadlato si produce in modo continuo una depressione nel tronco di tubazione del gruppo di cilindri riscaldato e, come descritto avanti, si alimenta gas di scarico caldo proveniente dal tronco di scarico del gruppo di cilindri riscaldato attraverso il catalizzatore del gruppo di cilindri non riscadalto. Per il controllo del flusso di gas di scarico rimandato in circolo, nel tubo di riflusso dei gas di scarico si può disporre una valvola di intercettazione.
Altri particolari dell'invenzione nonché forme di realizzazone vantaggiose emergono dalle altre rivendicazioni, dalla descrizione e dai disegni in cui sono rappresentati esempi di esecuzione dell'invenzione. Nei disegni:
La figura 1 mostra una rappresentazione schematica di un motore a combustione interna nel campo di carico parziale con azionamento del dispositivo di depressione,
la figura 2 mostra il motore a combustione interna secondo la figura 1 nel campo di carico parziale senza azionamento del dispositivo di depressione,
la figura 3 mostra un motore a combustione interna secondo la figura 1 nel campo di pieno carico senza azionamento del dispositivo di depressione,
la figura 4 mostra un motore a combustione interna secondo l'invenzione in un'altra esecuzione nel campo di carico parziale con azionamento del dispositivo di depressione,
la figura 5 mostra un motore a combustione interna secondo la figura 1 nel campo di carico parziale senza produzione di depressione
la figura 6 mostra il motore a combustione interna secondo la figura 4 nel campo di pieno carico senza produzione di depressione.
Il motore a combustione interna 1 rappresentato nelle figure da 1 a 3 presenta due gruppi di cilindri 2, 3 che contengono vantaggiosamente di volta in volta lo stesso numero di cilindri. Il motore a combustione interna 1 può essere un motore a quattro cilindri, un motore a sei cilindri, un motore ad otto cilindri oppure un motore a dodici cilindri. Ciascun gruppo di cilindri 2, 3 presenta un proprio tronco di scarico 4, 5 in cui è disposto di volta in volta un catalizzatore 6, 7. Visto in direzione di flusso 8 dietro i catalizzatori 6, 7, i tronchi di scarico 4, 5 sboccano in un segmento di tubo comune 9 e, durante l'ulteriore estensione, si dividono di nuovo in due tronchi di scarico condotti separatamente; nella ulteriore estensione si può disporre, nei tronchi di scarico 4, 5, di volta in volta un silenziatore di scarico 16, 17 e, successivamente, i gas di scarico vengono scaricati nell'atmosfera.
Il gruppo di cilindri 2 è realizzato a guisa di gruppo di cilindri a riscaldamento permanente. Il gruppo di cilindri 3, durante l'esercizio a carico parziale del motore a combustione interna 1, è disattivabile per ottenre una riduzione del consumo di carburante e delle emissioni di sostanze nocive. Durante l'esercizio a carico parziale secondo la figura 1 è riscaldato soltanto il gruppo di cilindri 2 i cui gas di scarico vengono condotti attraverso il tronco di scarico 4 e attraverso il catalizzatore 6. In questo modo, il catalizzatore 6 raggiunge in pochissimo tempo la sua temperatura di esercizio e produce una trasformazione catalitica delle sostanze nocive nel gas di scarico.
Per assicurare che, durante il collegamento del gruppo di cilindri 3, i gas di scarico condotti lungo il tronco di scarico 5 possano essere purificati, durante il passaggio dall'esercizio a carico parziale all'esercizio a pieno carico, immediatamente nel catalizzatore 7, detto catalizzatore 7 deve aver raggiunto la sua temperatura di esercizio già al momento del collegamento del secondo gruppo di cilindri 3. Il riscaldamento del secondo catalizzatore 7 a temperatura di esercizio avviene mediante il ritorno di almeno una parte dei gas di scarico caldi dal tronco di scarico 4, attraverso il segmento di tubo comune 9, nel secondo tronco di scarico 5 secondo la direzione della freccia 18. I gas di scarico caldi del gruppo di cilindri 2 attraversano, in questo caso, prima il primo catalizzatore 6 e, immediatamente dopo, attraversano il secondo catalizzatore 7 che, in questo modo, viene portato alla sua temperatura di esercizio; inoltre ha luogo una ulteriore purificazione catalitica dei gas di scarico dopo il superamento della soglia di temperatura necessaria per l'azione del catalizzatore.
Per assicurare che almeno una parte dei gas di scarico venga condotta in direzione della freccia 18 attraveso il secondo catalizzatore 7 del gruppo di cilindri non riscaldato, al gruppo di cilindri disattivato 3 è associato un dispositivo di depressione 11 mediante il quale nel segmento di tubo 10 del tronco di scarico 5, tra il gruppo di cilindri 3 e il catalizzatore 7 viene prodotta una depressione che provoca un riflusso di gas di scarico in direzione della freccia 18. Il dispositivo di depressione 11 è formato dai pistoni trascinati del gruppo di cilindri disattivato, le cui camere di combustione sono collegate con il tronco di scarico 5. In questo caso, attraverso il movimento del pistone si produce una depressione periodica che produce un'afflusso ciclico di gas di scarico del gruppo di cilindri a riscadamento permanente 2 nel secondo catalizzatore 7 del gruppo di cilindri 3 non riscaldato. La comunicazione tra le camere di combustione dei cilindri del gruppo 3 disattivato relativo con il tronco di scarico 5 di questo gruppo di cilindri viene prodotta vantaggiosamente per il fatto che le valvole di scarico del gruppo di cilindri disattivato 3 sono messe in posizione aperte. Vantaggiosamente, le valvole di ammissione sono messe, in questo caso, in posizione chiusa per evitare che l'aria esterna fredda venga fatta passare attraverso i cilindri e raffreddi il secondo catalizzatore 7.
Inoltre è previsto un dispositivo di disattivazione 15 mediante 11 quale, quando si raggiunge una temperatura prestabilita, specialmente quando si raggiunge la temperatura di esercizio del catalizzatore 7, si disattiva il dispositivo di depressione 11. In questo caso, il gas di scarico proveniente dal gruppo di cilindri 2 a riscaldamento permanente viene scaricato senza riflusso all'aperto Nella figura 2, il motore a combustione interna 1 si trova ancora nel campo di carico parziale in cui il secondo gruppo di cilindri 3 non è ancora collegato. I gas di scarico del gruppo di cilindri 2 a riscaldamento permanente vengono scaricati, attraverso il tronco di scarico 4 e il catalizzatore 6 e inoltre in direzione della freccia 8, nell'atmosfera. Il catalizzatore 7 del gruppo di cilindri 3 disattivato ha già raggiunto la sua temperatura di esercizio; il dispositivo di depressione 11 è stato disattivato dal dispositivo 15 in modo che nel tronco di scarico 5 del gruppo di cilindri 3 non si produca nessuna depressione e che i gas di scarico del gruppo di cilindri 2 riscaldati vengano scaricati all'estrem o senza attraversare il catalizzatore 7.
Il flusso di scarico si divide, dopo il segmento di tubo comune 9, in due semiflussi 19, 20 che attraversano i segmenti terminali dei tronchi di scarico 4 e 5. In questo modo si può ottenere una dissipazione acustica ottimale.
Nella figura 3, il motore a combustione interna si trova nel campo di pieno carico ed entrambi i gruppi di cilindri 2, 3 vengono riscaldati. I gas di scarico di entrambi i gruppi di cilindri 2, 3 vengono condotti attraverso i relativi tronchi di scarico 4, 5 e i rispettivi catalizzatori 6, 7. Il dispositivo di depressione 11 è disattivato e i gas di scarico di entrambi i gruppi di cilindri vengono scaricati in direzione di flusso 8.
Le figure 4, 5 e 6 mostrano il motore a combustione interna con un dispositivo di depressione 12 in un'altra esecuzione. La figura 4 mostra il motore nel campo di carico parziale con dispositivo di depressione 12 attivato, in modo che nel segmento di tubazione 10 del tronco di scarico 5 tra il gruppo dì cilindri 3 disattivato e il catalizzatore 7 venga prodotta una depressione e il flusso di gas di scarico prodotto dal gruppo di cilindri 2 riscaldato venga ricondotto, attraverso il tronco di scarico 4, il catalizzatore 6 e il segmento di tubo 9, di nuovo in direzione della freccia 18 attraverso il catalizzatore 7. Il dispositivo di depressione 12 è costituito da un tubo di riflusso 13 dei gas di scarico che collega il tronco di scarico 5 del gruppo di cilindri 3 disinserito con il tubo aspirante del gruppo di cilindri 2 riscaldati. Nel tubo di riflusso 13 dei gas di scarico si trova una valvola di intercettazione 14 che chiude il tubo di riflusso 13 non appena il catalizzatore 7 ha raggiunto la sua temperatura di esercizio. La valvola di intercettazione 14 rappresenta il dispositivo di disattivazione per il dispositivo di depressione 12. Il dispositivo di disattivazione può essere comandato in funzione della temperatura del catalizzatore nel tronco di scarico 5 in modo che, una volta raggiunto un livello di temperatura sufficiente, ad esempio una temperatura di esercizio di 350°C circa, il dispositivo di depressione venga disattivato.
Attraverso il collegamento ottenuto tramite il tubo di riflusso 13 tra il tronco di scarico 5 del gruppo di cilindri 3 disattivato e il tubo di aspirazione del gruppo di cilindri 2 riscadalto si produce una depressione nel segmento di tubazione 10 del tronco di scarico 5 che fa in modo che almeno una parte dei gas di scarico del gruppo di cilindri a riscaldamento permanente 2 torni indietro attraverso il catalizzatore 7.
Nella figura 5 il motore a combustione interna 1 si trova ancora nel campo di carico parziale però il catalizzatore 7 ha già raggiunto la sua temperatura di esercizio e il dispositivo di depressione 12 è stato disattivato, dove la valvola di intercettazione 14 è stata messa nella sua posizione chiusa e pertanto la comunicazione tra il tronco di scarico 5 e il tubo aspirante del primo gruppo di cilindri 2 è stata interrotta.
La figura 6 mostra il motore a combustione interna nel campo di pieno carico in cui entrambi i gruppi di cilindri 2, 3 vengono riscaldati e i gas di scarico vengono scaricati attraverso i tronchi di scarico 4, 5 e i catalizzatori 6, 7. La valvola di intercettazione 14 si trova nel campo di pieno carico in posizione chiusa e il dispositivo di depressione 12 è disattivato.
Claims (6)
- RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna a pistoni a più cilindri con almeno due gruppi di cilindri (2, 3) che presentano di volta in volta un tronco di scarico (4, 5), ciascuno con almeno im catalizzatore (6, 7), dove un gruppo di cilindri (3) è disattivabile quando il motore a combustione interna (1) funziona con carico parziale, e i tronchi di scarico (4, 5) sono collegati tramite un segmento di tubo (9) in direzione di flusso (8) dietro i catalizzatori paralleli (6, 7), caratterizzato dal fatto che un segmento di tubazione (10) del tronco di scarico (5) del gruppo di cilindri (3) disattivabile, collocato a monte del catalizzatore (7) relativo, è alimentabile da un dispositivo di depressione (11, 12) durante il funzionamento a carico parziale.
- 2. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che è previsto un dispositivo di disattivazione (14, 15) mediante il quale è possibile disattivare il dispositivo di depressione (11, 12) quando si raggiunge una determinata temperatura.
- 3. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di depressione (11) è formato dai pistoni coinvolti nel movimento del gruppo di cilindri disattivati, dove le camere di combustione dei cilindri comunicano con il tronco di scarico (5) di questo gruppo di cilindri (3).
- 4 . Motore a combustione interna secondo la ri vendicazione 3, caratterizzato dal fatto che le valvole di scarico dei cilindri del gruppo relativo disattivato sono messe in posizione aperta e le valvovole di ammissione sono messe in posizione chiusa.
- 5. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di depressione (12) comprende un tubo di riflusso (13) dei gas di scarico che collega il tronco di scarico (5) del gruppo di cilindri disattivabile (3) con il tubo aspirante del gruppo di cilindri riscaldato (2).
- 6. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di disattivazione è una valvola di intercettazione (14) disposta nel tubo di riflusso (13) dei gas di scarico.
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