ITTO980328A1 - Dispositivo per il riscaldamento del combustibile alimentante un moto- re a combustione interna. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'Invenzione Industriale avente per titolo

DISPOSITIVO PER IL RISCALDAMENTO DEL COMBUSTIBILE

ALIMENTANTE UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA

La presente invenzione ha per oggetto un dispositivo destinato a riscaldare il combustibile liquido inviato ad alimentare un motore a combustione interna, al fine di prevenire gli inconvenienti derivanti dalla presenza di particelle cristallizzate nel combustibile. Il dispositivo è destinato in special modo, ma non esclusivamente, al riscaldamento del gasolio alimentante un motore diesel per autotrazione.

Alle basse temperature, il corretto funzionamento dei motori a ciclo diesel è reso difficile o talvolta addirittura impedito dalla formazione di cristalli delle paraffine che sono presenti nel normale gasolio per autotrazione reperibile in commercio. A bassa temperatura le paraffine hanno la tendenza a cristallizzare aggregandosi in particelle solide che vanno poi ad ostruire i condotti deirimpianto di alimentazione, e principalmente la carta del filtro del combustibile, presente in tutti i motori diesel. Questo a causa delle piccole dimensioni delle porosità dell'elemento filtrante, che normalmente si aggirano nel campo da 5 a 20 pm.

Il fenomeno di ostruzione sopra riportato rende spesso impossibile l'avviamento mattutino del veicolo dopo una notte con freddo particolarmente rigido, e talvolta causa anche il cattivo funzionamento o l'arresto del motore durante la marcia del veicolo.

Sono noti diversi dispositivi per il riscaldamento del gasolio, i quali normalmente utilizzano l'energia elettrica fornita dall'accumulatore presente sul veicolo per elevare la temperatura del gasolio e quindi evitare la deposizione di cristalli di paraffine all'interno del filtro o dei condotti. Alcuni di questi dispositivi noti utilizzano dei sistemi che autoregolano il proprio assorbimento di corrente in funzione della temperatura, altri invece utilizzano degli elementi riscaldanti ad assorbimento fisso.

I riscaldatori del tipo autoregolante sono realizzati secondo vari sistemi, tra i quali i due principali sono quelli qui di seguito richiamati.

Un primo sistema di riscaldatori autoregolanti utilizza dei componenti elettronici ceramici la cui caratteristica elettrica presenta una resistenza variabile in funzione della temperatura in senso positivo, vale a dire che all’aumentare della temperatura cresce il valore della loro resistenza elettrica. Questi componenti sono abitualmente denominati resistor! PTC (positive temperature coefficient), vale a dire resistori a coefficiente di temperatura positivo.

I resistor! PTC sinora utilizzati per realizzare questo genere di riscaldatori sono dei componenti elettronici costruiti appositamente per poter essere adoperati come elementi resistivi riscaldanti, e grazie alla propria caratteristica elettrica essi limitano l'assorbimento di corrente e quindi di potenza all'aumentare della temperatura. Per poter raggiungere delle potenze sufficientemente elevate che non permettano la formazione dei cristalli di paraffine, più elementi vengono collegati elettricamente in parallelo. I PTC sono montati a contatto con una apposita piastra radiante che permette lo smaltimento del calore necessario ad evitare la formazione dei cristalli di paraffine.

Un altro sistema di riscaldatori autoregolanti utilizza dei materiali compositi, costituiti da una mescola di polimeri elettricamente isolanti caricati con grafite o con altri materiali similari, elettricamente conduttivi. Anche questi dispositivi presentano una resistenza elettrica variabile in modo positivo in funzione della temperatura, ossìa un coefficiente di temperatura positivo. Questa caratteristica elettrica è dovuta al fatto che a bassa temperatura le particelle della carica di materiale conduttivo presente all'interno della mescola si trovano a stretto contatto tra di loro e permettono quindi il fluire di correnti relativamente intense, mentre aumentando la temperatura, a causa della dilatazione termica del materiale composito, le particelle di materiale conduttivo si separano in misura crescente, facendo così aumentare la resistenza e di conseguenza riducendo la corrente elettrica assorbita.

I dispositivi riscaldatori ad assorbimento fisso sono normalmente dei classici resistor! di potenza adeguata, pilotati da un teleruttore comandato da un termostato che rileva la temperatura del gasolio.

La differenza sostanziale tra i primi due sistemi ed il terzo è che l'ultimo presenta un assorbimento pressoché costante in funzione della temperatura, mentre i primi due riducono l'assorbimento di potenza elettrica man mano che la temperatura dei gasolio in cui sono immersi aumenta.

Tutti i dispositivi riscaldanti fino ad ora rammentati hanno però necessità di essere controllati da un termostato che ne abilita il funzionamento solo al di sotto di una certa temperatura del gasolio, prefissata dal costruttore e normalmente di poco superiore alla temperatura a cui cominciano significativamente a cristallizzare le paraffine.

La presenza di un termostato per la disattivazione è necessaria anche nei riscaldatori autoregolanti, perché l'assorbimento minimo di corrente di essi, che si verifica quando non sarebbe più necessario scaldare il gasolio, è ancora troppo elevato per poter essere accettato per l'impianto elettrico di un veicolo, anche quandò il motore è in funzionamento.

Nei riscaldatori che utilizzano delle resistenze di potenza ad assorbimento fisso, poi, è assolutamente necessario prevedere un termostato perché l'assorbimento del dispositivo dipende poco dalla temperatura e quindi è sempre sostanzialmente pari alla potenza massima.

Naturalmente, la necessità di prevedere un termostato incrementa in modo indesiderabile il costo del dispositivo, ne complica il circuito e la costruzione meccanica e ne ostacola l'installazione. Inoltre, i termostati sono soggetti a guasti ed anomalìe di funzionamento; il difetto più frequentemente riscontrato consiste nella autosaldatura dei contatti del termostato, provocata dai numerosi cicli di apertura e chiusura dei contatti stessi. Verificandosi simili anomalìe, viene a mancare ogni limitazione all'assorbimento di potenza da parte del riscaldatore, con la conseguenza di avere un inutile spreco di energia quando il gasolio è ormai caldo, e con un grave rischio di surriscaldamento con corrispondente riduzione della potenza erogabile dal motore.

In quanto precede si è fatto riferimento specifico al riscaldamento del gasolio destinato ad alimentare un motore diesel per autotrazione, ma si comprende che problemi analoghi possono presentarsi in altre applicazioni, nelle quali il combustibile liquido può essere differente dal gasolio o/e il motore a combustione interna alimentato può essere destinato ad un uso differente dall'autotrazione.

Lo scopo della presente invenzione è pertanto quello di realizzare un dispositivo autoregolante di riscaldamento del combustibile avviato ad un motore a combustione interna, che ponga rimedio, parzialmente o totalmente, agli inconve-nienti dei dispositivi noti, ed in particolare che assicuri un ridotto assorbimento di potenza elettrica quando il combustibile è caldo e quindi permetta, ove lo si desideri, di evitare la necessità dell'installazione di un termostato, con conseguente risparmio notevole di costo e maggior facilità di realizzazione sia del dispositivo riscaldante che del relativo cablaggio elettrico, e con considerevole riduzione delle probabilità di guasti; ovvero, quand'anche un termostato venga ugualmente impiegato, di evitare ogni grave inconveniente in caso di avarìa dello stesso.

Secondo l’invenzione, il dispositivo di riscaldamento autoregolante comprende in combinazione, in un involucro destinato ad essere percorso dal combustibile liquido da riscaldare, un elemento riscaldante costituito da un resistore di potenza per sé non autoregolante, ed elettricamente connesso in serie ad esso un resistore avente coefficiente di temperatura positivo presentante, a bassa temperatura, un valore di resistenza elettrica non superiore alla metà del valore di resistenza elettrica presentato dal resistore di potenza.

In queste condizioni, la funzione di riscaldamento del combustibile è effettuata prevalentemente dal resistore di potenza, mentre il resistore avente coefficiente di temperatura positivo assume principalmente la funzione di limitare l'assorbimento di potenza del dispositivo allorché il combustibile ha raggiunto una temperatura tale da escludere il sopravvenire di ostruzioni causate da cristalli di paraffine.

Quando tale condizione imposta dall'invenzione è rispettata, è possibile assegnare ai resistore avente coefficiente di temperatura positivo una caratteristica tale per cui, a temperatura normale, l'assorbimento di corrente del dispositivo risulti sufficientemente ridotto, ad un valore nettamente inferiore a quello presentato dai dispositivi noti, ed accettabile in relazione al sistema di alimentazione elettrica a cui il dispositivo è connesso. Diviene dunque possibile, in queste condizioni e se lo si ritiene opportuno, omettere l’installazione di un termostato.

Il resistore avente coefficiente di temperatura positivo necessario per l'applicaziòne secondo l'invenzione può essere un resistore PTC di natura ceramica o polimerica appositamente progettato e realizzato per questa applicazione, oppure esso può essere di un tipo commerciale normalmente utilizzato come dispositivo di protezione contro sovraccarichi e surriscaldamenti.

Da parte sua, il resistore di potenza avente la funzione di riscaldamento può essere realizzato in vari modi, ad esempio con una resistenza serigrafata su di un supporto isolante oppure con una resistenza a filo avvolta su di un supporto resistente alle temperature di lavoro previste.

Un riscaldatore realizzato secondo l'invenzione presenta caratteristiche più vantaggiose di quelle dei riscaldatori autoregolanti noti che utilizzano i PTC od i polimeri conduttivi per riscaldare il gasolio, come apparirà dai diagrammi più avanti riportati.

Queste ed altre caratteristiche, scopi e vantaggi dell'oggetto dell’invenzione appariranno più chiaramente dalla seguente descrizione di una forma di realizzazione, indicata a titolo di esempio non limitativo, e da diagrammi che ne indicano le caratteristiche, con riferimento ai disegni annessi, nei quali:

Fig. 1 illustra schematicamente la struttura di un riscaldatore autoregolante secondo l'invenzione;

Fig. 2 illustra un diagramma sperimentale mostrante l'andamento in funzione del tempo degli incrementi termici apportati ad un combustibile liquido da un riscaldatore secondo l'invenzione, messi a confronto con quelli relativi ad un riscaldatore comportante quattro resistor! ceramici aventi coefficiente di temperatura positivo e con quelli relativi ad un riscaldatore impiegante elementi di polimeri con ca-rica conduttiva, tutti operanti su gasolio per autotrazione alimentato ad una portata di 15 litri/ora con una temperatura iniziale di -20 °C;

Fig. 3 illustra un diagramma sperimentale mostrante l'assorbimento di corrente in funzione del tempo dei tre riscaldatori di cui alla figura 2;

Fig. 4 e Fig. 5 illustrano diagrammi sperimentali corrispondenti a quelli delle figure 2 e 3, ma ottenuti con una temperatura iniziale del gasolio di -10 °C; e Fig. 6 e Fig. 7 illustrano diagrammi sperimentali corrispondenti a quelli delle figure 2 e 3, ma ottenuti con una temperatura iniziale del gasolio di 0 °C.

Con riferimento alla figura 1, si nota che in un involucro 1, coperto da un coperchio 2, e provvisto di raccordi 3 e 4 per l'ingresso e per l'uscita di un flusso di combustibile da riscaldare, è installato un elemento riscaldante 5 costituito da un resistore elettrico normale, non autoregolante, in serie al quale è inserito un elemento di regolazione 6 costituito da un resistore avente coefficiente di temperatura positivo. Detto gruppo di componenti connessi in serie è alimentato elettricamente attraverso reofori 7 ed 8.

L’involucro 1 ed il suo coperchio 2 possono essere realizzati in qualunque materiale preferito, come per esempio in materia plastica, ed i suoi raccordi 3 e 4 vengono inseriti nel circuito percorso dal combustibile da riscaldare, per esempio, nel caso frequente di alimentazione di un motore diesel per autotrazione, tra il serbatoio di gasolio ed il filtro di alimentazione. L'elemento riscaldante 5, come già accennato, può essere realizzato in vari modi, ad esempio con una resistenza serigrafata su di un supporto isolante oppure con una resistenza a filo avvolta su di un supporto resistente alle temperature di lavoro previste. Esso deve essere adeguato alle prestazioni previste, ma non richiede alcuna caratteristica particolare per l'applicazione dell'invenzione.

Il resistore 6 avente coefficiente di temperatura positivo, necessario per l'applicazione secondo l'invenzione, come già detto, può essere un resistore PTC di natura ceramica o polimerica appositamente progettato e realizzato per questa applicazione, oppure esso può essere di un tipo commerciale normalmente utilizzato come dispositivo di protezione contro sovraccarichi e surriscaldamenti. Esso deve presentare, a bassa temperatura, un valore di resistenza elettrica non superiore alla metà del valore di resistenza elettrica presentato dal resistore di potenza. Inoltre esso deve avere caratteristiche tali per cui, a temperatura normale, l'assorbimento di corrente del dispositivo risulti sufficientemente ridotto, ad un valore nettamente inferiore a quello presentato dai dispositivi noti, ed accettabile in relazione al sistema di alimentazione elettrica a cui il dispositivo è connesso.

In queste condizioni, a bassa temperatura la tensione elettrica applicata ai reofori 7 ed 8 si applica per almeno 2/3 ai capi del resistore di potenza 5 e per non più di 1/3 ai capì del resistore di regolazione 6. Pertanto, l'effetto di riscaldamento a bassa temperatura è operato quasi interamente (vale a dire, almeno per i 4/5) dal resistore di potenza 5, mentre al resistore di regolazione 6 è affidato quasi esclusivamente il compito di limitare la corrente che percorre il dispositivo, quando la temperatura del combustibile diviene sufficientemente elevata.

La particolare struttura del riscaldatore, proposta dall'invenzione, permette in pratica di far sì che la corrente assorbita a temperatura di regime sia molto ridotta, ciò che permette di omettere l'impiego di un termostato per escludere il dispositivo riscaldatore. Questa soluzione è quella preferita, sebbene nulla impedisca di far uso anche di un termostato per escludere completamente il dispositivo, qualora ciò appaia opportuno. È anche possibile, d'altra parte, prevedere un comando manuale di esclusione del dispositivo riscaldatore.

I diagrammi secondo le figure 2 a 7, ottenuti sperimentalmente operando su di una portata di gasolio di 15 litri/ora, illustrano comparativamente il comportamento di un dispositivo riscaldatore secondo l'invenzione a confronto con due dispositivi noti, l'uno impiegante un gruppo di quattro PTC ceramici in parallelo, l’altro impiegante polimeri con carica conduttiva. Nei diagrammi, le curve che si riferiscono al dispositivo secondo l'invenzione sono designate col riferimento A, quelle relative ad un dispositivo noto con quattro PTC ceramici col riferimento B, e quelle relative ad un dispositivo noto a polimeri con carica conduttiva col riferimento C.

I diagrammi delle figure 2, 4 e 6 indicano l'incremento termico (espresso in °C) fornito al gasolio dai riscaldatori in funzione del tempo (espresso in secondi). I diagrammi delle figure 3, 5 e 7 indicano invece l'assorbimento di corrente elettrica (espresso in ampere) pure in funzione del tempo (espresso in secondi).

I diagrammi delle figure 2 e 3 si riferiscono a prove effettuate alimentando gasolio ad una temperatura iniziale di -20 °C, i diagrammi delle figure 4 e 5 si riferiscono ad una temperatura iniziale del gasolio di -10 °C, ed i diagrammi delle figure 6 e 7 si riferiscono ad una temperatura iniziale del gasolio di 0 °C.

Naturalmente tutti i comportamenti tendono, col tempo, a valori asintotici. Come si può osservare, a basse temperature i vari dispositivi presentano comportamenti analoghi, dal momento che essi devono fornire effettivo riscaldamento al combustibile e pertanto non devono ridurre di molto il proprio assorbimento di potenza elettrica; tuttavìa il dispositivo secondo l'invenzione si dimostra più efficiente degli altri in quanto, con un assorbimento di corrente a regime di poco superiore, fornisce al combustibile un incremento termico sensibilmente superiore. Ma la differenza di comportamento si avverte osservando i diagrammi relativi ad una temperatura iniziale di 0 °C: in questo caso, infatti, l'assorbimento di corrente del dispositivo secondo l'invenzione cade dopo pochi secondi ad un basso valore (in questo caso di 2,5 A) fornendo al combustibile soltanto la limitata quantità di calore occorrente per evitare la deposizione di cristalli di paraffine, mentre i riscaldatori noti (usati in questa sperimentazione senza un termostato che ne escluda l'azione) erogano una quantità di calore inutilmente e dannosamente elevata e, corrispondentemente, presentano un elevato assorbimento di corrente.

Come si può dunque notare, il dispositivo secondo l'invenzione raggiunge effettivamente gii scopi proposti, in quanto esso assicura un ridotto assorbimento di potenza elettrica quando il combustibile è caldo,, e quindi permette di evitare la necessità dell'installazione di un termostato, con conseguente risparmio notevole di costo e maggior facilità di realizzazione sia del dispositivo riscaldante che del relativo cablaggio elettrico, e con considerevole riduzione delle probabilità di guasti. I suoi vantaggi sono tuttavìa in parte conservati anche nel caso in cui un termostato, pur non indispensabile, venga ugualmente impiegato, perché in tal caso viene evitato ogni grave inconveniente in caso di avarìa del termostato.

Si deve intendere che l'invenzione non è limitata alla forma di realizzazione descritta ed illustrata come esempio. Parecchie modificazioni sono alla portata del tecnico del ramo; per esempio, la conformazione e disposizione dei componenti può essere varia e, in particolare, può essere adattata a varie esigenze di installazione. Queste ed altre modificazioni ed ogni sostituzione con equivalenti tecnici possono essere apportate a quanto descritto e rappresentato, senza per questo dipartirsi daH'ambito dell'invenzione e dalla portata del presente brevetto.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Dispositivo destinato a riscaldare il combustibile liquido inviato ad alimentare un motore a combustione interna, del tipo autoregolante, caratterizzato dal fatto che comprende in combinazione, in un involucro destinato ad essere percorso dal combustibile liquido da riscaldare, un elemento riscaldante costituito da un resistere di potenza per sé non autoregolante, ed elettricamente connesso in serie ad esso un resistore avente coefficiente di temperatura positivo presentante, a bassa temperatura, un valore di resistenza elettrica non superiore alla metà del valore di resistenza elettrica presentato dal resistore di potenza.
2. 2 . Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il resistore avente coefficiente di temperatura positivo presenta una caratteristica tale per cui, a temperatura normale, l'assorbimento di corrente del dispositivo risulta sufficientemente ridotto in relazione al sistema di alimentazione elettrica a cui il dispositivo è connesso.
3. 3 . Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il suo circuito elettrico di alimentazione è privo di termostato.
4. 4 . Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il suo circuito elettrico di alimentazione comprende un interruttore di esclusione a comando manuale.
5. 5 . Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il resistore avente coefficiente di temperatura positivo è un resistore PTC di natura ceramica o polimerica appositamente progettato e realizzato.
6. 6 . Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che II resistore avente coefficiente di temperatura positivo è un resistore PTC di natura ceramica o polimerica di un tipo commerciale normalmente utilizzato come dispositivo di protezione contro sovraccarichi e surriscaldamenti.
7. 7 . Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il resistore di potenza avente la funzione di riscaldamento è realizzato con una resistenza serigrafata su di un supporto isolante.
8. 8 . Dispositivo di riscaldamento secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che il resistore di potenza avente la funzione di riscaldamento è realizzato con una resistenza a filo avvolta su di un supporto resistente alle temperature di lavoro previste.
9. 9 . Dispositivo di riscaldamento secondo una o più delle rivendicazioni che precedono, caratterizzato dalla sua particolare destinazione al riscaldamento di gasolio per l'alimentazione di un motore diesel per autotrazione.
10. 10 . Dispositivo per il riscaldamento del combustibile alimentante un motore a combustione interna, caratterizzato dalle particolarità, disposizioni e funzionamento, quali appaiono dalla descrizione sopraestesa e dai disegni annessi, o sostituiti da loro equivalenti tecnici, presi nel loro insieme, nelle loro varie combinazioni o separatamente.