ITVR930030A1

ITVR930030A1 - Marmitta per l'abbattimento di composti inquinanti nei gas di scarico dei motori a combustione interna

Info

Publication number: ITVR930030A1
Application number: IT000030A
Authority: IT
Inventors: Placido Zampieri
Original assignee: Zampieri P
Priority date: 1993-03-30
Filing date: 1993-03-30
Publication date: 1994-09-30
Also published as: IL109165A0; WO1994023186A1; ZA942144B; IT1263498B; ITVR930030A0; AU6536694A

Description

"MARMITTA PER L'ABBATTIMENTO DI COMPOSTI INQUINANTI NEI GAS DI SCARICO DEI MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA "

D E S C R I Z I O N E

La presente invenzione riguarda una marmitta per l'abbattimento di composti inquinanti nei gas di scarico dei motori a combustione interna.

In passato; si ? tentato di risolvere il grave problema dell'inquinamento atmosferico da emissioni dei motori degli autoveicoli con le cosiddette marmitte catalitiche, nelle quali si fanno avvenire delle reazioni chimiche volte a trasformare gli agenti inquinanti o contaminanti contenuti nei gas di scarico in composti non nocivi. Le marmitte catalitiche, peraltro, oltre a richiedere l'uso di speciali benzine con ridotto contenuto di composti del piombo, sono di costruzione molto complessa e costosa, richiedono l'impiego di metalli nobili e la loro efficienza nell'eliminazione dei composti inquinanti si dimostrata in generale piuttosto scadente.

Lo scopo principale della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione una marmitta in grado di abbattere e distruggere tutti o la maggior parte dei composti nocivi ed inquinanti contenuti nei gas di scarico dei motori a combustione interna e specificatamente dei motori Diesel.

Un altro scopo della presente invenzione ? quello di mettere a disposizione una marmitta ecologica di reale efficacia nella distruzione dei composti inquinanti presenti nei gas di scarico dei motori diesel, che non implica nessuna modifica n? al motore n? al combustibile impiegato nel motore e che ? in grado di risultare competitiva per quanto riguarda i costi di fabbricazione rispetto ai sistemi catalitici o ad altri sistemi tradizionali.

Non ultimo scopo della presente invenzione ? che la detta marmitta consenta facili e rapidi interventi di manutenzione in concomitanza con le normali operazioni di controllo o di periodica manutenzione del motore.

Questi ed altri scopi ancora che meglio appariranno in seguito vengono raggiunti da una marmitta per l'abbattimento dei composti inquinanti nei gas di scarico di un motore a combustione interna, la quale comprende almeno una camera di combustione relativamente lunga, un bruciatore posto in testa alla o a ciascuna camera di combustione ed atto a creare e mantenere una fiamma pressurizzata sviluppante una temperatura relativamente elevata lungo la o la rispettiva camera di combustione, una camera di espansione ed inversione di flusso posta a valle della o della rispettiva camera di combustione, un collettore di gas di scarico da depurare disposto a ridosso della o della rispettiva camera di espansione ed in comunicazione con il sistema di scarico del motore a combustione interna, almeno un condotto di convogliamento dei gas di scarico da depurare, il quale ? disposto in rapporto di scambio termico e si estende lungo ed attorno sia alla camera di espansione che alla camera di combustione a partire dal collettore fino ad almeno un primo scarico laterale in corrispondenza della camera di combustione per essere sottoposto a surriscaldamento e subire un processo di postcombustione, almeno una camicia termicamente isolante attorno sia al o a ciascun condotto di convogliamento e sia alla od alla rispettiva camera di combustione per delimitare con essa almeno un'intercapedine attraverso la quale defluiscono a ritroso i gas di combustione provenienti dalla camera di espansione ed inversione prima di giungere ad un secondo scarico, ed almeno un gruppo di raffreddamento all'uscita di ciascuno scarico.

Ulteriori aspetti e vantaggi della presente invenzione appariranno pi? chiaramente dalla seguente descrizione dettagliata di un suo esempio di realizzazione attualmente preferito, dato a titolo meramente esemplificativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni, nei quali:

la FIGURA 1 ? una illustrazione schematica ed in sezione longitudinale di una marmitta secondo il trovato;

la FIGURA 2 ? una vista in scala ingrandita della parte relativa al bruciatore della marmitta di Fig. 1;

la FIGURA 3 mostra una vista in sezione ed in scala ingrandita presa lungo la traccia III-III di Fig. 1;

la FIGURA 4 mostra, in scala ingrandita, una vista in sezione presa lungo la traccia IV-IV di Fig. 1;

la FIGURA 5 mostra un particolare in scala ingrandita di Fig. 1 riguardante la camera di combustione e la zona ad essa circostante;

la FIGURA 6 illustra un altro particolare in scala ingrandita di Fig. 1 riguardante il tratto tra camera di combustione e camera di espansione ed inversione di flusso;

la FIGURA 7 mostra un altro particolare in scala ingrandita di Fig. 1 relativo alla camera di espansione e di inversione di flusso e la zona ad essa circostante;

la FIGURA 8 illustra un particolare in scala ingrandita di Fig. 1 riguardante il collettore di gas discarico da depurare ;

la FIGURA 9 ? una vista prospettica in scala ingrandita ed in sezione presa lungo la traccia IX-IX di Fig. 1;

la FIGURA 10 mostra una vista in sezione ed in scala ingrandita presa lungo la traccia X-X di Fig. 1 e Fig. 6; la FIGURA il illustra una vista prospettica in scala ingrandita e con parti in sezione della parete di fondo della camera di espansione ed inversione del flusso;

la FIGURA 12 ? una vista in pianta di una rete metallica anulare prevista nel percorso di convogliamento dei gas di scarico

la FIGURA 13 ? una vista in sezione presa lungo la traccia XIII-XIII di Fig. 12;

le FIGURE 14 e 15 sono, rispettivamente, una vista in alzato laterale ed una vista in pianta di una rete a gabbia prevista in un collettore dei gas di scarico in entrata alla marmitta;

le FIGURE 16 e 17 sono, rispettivamente, una vista in alzato laterale ed una frontale di una rete tubolare prevista in un collettore di uscita dei gas di scarico dalla marmitta;

le FIGURE da 18 a 20 sono viste in sezione ed in scala ingrandita prese, rispettivamente, lungo le tracce XVIII -XVIII,

XIX-XIX e XX-XX di Fig. 1;

la FIGURA 21 mostra un particolare di Fig. 20;

la FIGURA 22 ? una vista in sezione ed in scala ingrandita presa lungo la traccia XXII-XXII di Fig. 1;

la FIGURA 23 ? una vista terminale di un gruppo di raffreddamento-silenziatore; e

le FIGURE 24 e 25 mostrano una vista in sezione longitudinale di una variante di gruppo di raffreddamento-silenziatore.

Nelle varie Figure dei disegni parti o componenti uguali o simili sono stati indicati con gli stessi numeri di riferimento.

Con riferimento alle Figure sopra elencate, si noter? come una marmitta 1 per l 'abbattimento dei composti inquinanti nei gas di scarico di un motore a combustione interna sia formata da una camera di combustione 2, da un bruciatore 3 posto in testa alla camera di combustione, una camera di espansione ed inversione di flusso 4 posta a valle della camera di combustione, un collettore 5 di gas di scarico da depurare disposto a ridosso della camera 4 ed in comunicazione con il sistema di scarico del motore a combustione interna, un sistema di condotti 6 di convogliamento dei gas di scarico da depurare estendentisi dal collettore 5 attraverso la camera 4 lungo ed attorno alla camera di combustione in rapporto di scambio termico con entrambe fino a giungere ad un condotto di scarico laterale 7 in corrispondenza della camera di combustione, una doppia camicia termicamente isolante 8 e 9 disposta attorno sia al sistema di condotti 6 e sia alla camera di combustione per delimitare con essa un 'intercapedine 10, attraverso la quale defluiscono a ritroso i gas di combustione provenienti dalla camera di espansione ed inversione prima di giungere ad un'uscita laterale 11 attraversante la doppia camicia, e due gruppi di raffreddamento 12 e 13 posti all'uscita uno del condotto di scarico 7 e l'altro dell'uscita laterale 11.

Il bruciatore 3 ? un bruciatore pressurizzato, per esempio un bruciatore a gasolio, in grado di mantenere una pressione, per esempio, di 350 mm di colonna d'acqua all'interno della camera di combustione 2. Come ? pi? chiaramente illustrato nelle Figure da 1 a 4, il bruciatore 3 ? costituito da un corpo anteriore od ugello 15 in materiale isolante, per esempio materiale ceramico oppure allumina, contenuto in una camicia in acciaio inossidabile resistente ad alta temperatura formata da un tratto cilindrico esterno 16 e da due tratti troncoconici interni e coassiali 17 e 18, da un atomizzatore interno 19 (ad esempio di un tipo reperibile in commercio), da una culatta 20, da un compressore motorizzato 21 per l'alimentazione di aria compressa alla culatta 20 e da una presa d'aria 22 ad apertura automaticamente regolabile per il compressore 21.

L'ugello 15 presenta una ghiera frontale 23, calzabile sull'ugello, la quale delimita uno spallamento interno 24 e presenta un tratto terminale 25 leggermente convergente verso l'asse x-x del bruciatore. Lo spallamento 24 funge da sede di attestamento per un anello troncoconico 26 in materiale resistente alle alte temperature disposto con base maggiore contro lo spallamento 24 e diretto verso e lungo il tratto troncoconico 18 dell'ugello, con il quale delimita un'intercapedine anulare 27. L'anello 26 ha il compito di confinare la fiamma all'uscita dell'atomizzatore 19 e di favorire la combustione completa anche nella parte periferica del getto creato dall'atomizzatore, dato che esso, in uso, viene mantenuto incandescente.

In corrispondenza della zona compresa tra l'anello 26 e la punta dell'atomizzatore 19 si prevedono orientati in direzioni convergenti e da banda opposta due fori passanti 28 e 29 che si estendono su tutto lo spessore del corpo 15.

Nel foro 28 ? inseribile un elettrodo di accensione 30, la cui porzione trovantesi all'esterno del corpo 15 pu? essere protetta da un rivestimento tubolare 31 di materiale isolante, quale l'allumina, incamiciato entro un involucro metallico 32, per esempio in acciaio inossidabile, saldato od altrimenti fissato alla camicia 16 e ad una ghiera di attestamento 33, nella quale ? infilato l'ugello. Il foro 29 ? invece intercettato da un vetro temperato 34 resistente a temperatura elevata, tenuto in posizione da un anello seger 34a, per proteggere una fotocellula 35, la quale, come l'elettrodo 30, ? protetta da un rivestimento termicamente isolante (allumina) 36 incamiciato in un involucro metallico 37 in acciaio inossidabile saldato od altrimenti fissato alla camicia 16 ed alla ghiera 33. La fotocellula 35 funge da rilevatore di fiamma e per una sua miglior protezione delimita con il rivestimento isolante 36 un'intercapedine periferica 38.

Sia l'elettrodo 30 che la fotocellula 35 sono alimentati da corrente elettrica da una centralina di comando (non mostrata), di un tipo adatto qualsiasi.

L'ugello 15 termina posteriormente con una flangia esterna 39, mediante la quale esso ? fissabile amovibilmente tramite bulloni 40 ad una flangia di attestamento 41 della culatta con interposizione di un disco 42 di supporto per l'atomizzatore 19 e di una molla elicoidale 43 d? compensazione tra disco 42 ed estremit? adiacente della camicia 16.

Il disco 42, come si vede meglio in Fig. 3, presenta razze 44, per esempio tre razze, angolarmente distanziate e separate da ampie aperture passanti 45, che assicurano l'intercomunicabilit? tra l'interno della culatta 20 e l'ugello 15.

Il disco 42 ? dotato di un mozzo 46 che si estende assialmente entro l'ugello 15 ed ? internamente flangiato in 47 alla propria estremit? distale per mantenere centrato e perfettamente in asse il canotto 66 di supporto dell'atomizzatore 19, come sar? ulteriormente spiegato in seguito.

Di preferenza, il disco 42 presenta un bordo periferico ingrossato, nel quale si possono prevedere due fori radiali per il passaggio di un cavo e di un condotto di alimentazione, come si dir? in proseguo.

In coda la culatta 20 termina con una flangia esterna 48 per l'attacco amovibile, ad esempio tramite bulloni 49, di un fondello 50 munito di apertura assiale 51 relativamente grande e di un collarino 52 diretto verso l'interno della culatta. Perifericamente all'apertura 51 risulta fissabile tramite bulloni 53 un bocchettone esterno 54 collegabile ad un condotto di adduzione 55 in comunicazione diretta con la mandata del compressore 21.

La culatta 20 ? costituita da un corpo cilindrico 56 in acciaio inossidabile che alloggia la parte posteriore del canotto 66 di supporto dell'atomizzatore 19, la quale ? supportata da una pluralit? di pernetti distanziatori radiali 57, che prendono appoggio contro il collarino 52 e sono aw itabili nel canotto 66 per consentire di disporre il canotto e l'atomizzatore stesso in un assetto centrato di perfetto allineamento lungo l'asse x-x. Nella culatta penetra, ad esempio attraverso il bordo ingrossato del disco 42, un cavo elettrico 58 a pi? fili tenuto bloccato da un morsetto 59, nonch? il condotto di mandata 60 di una elettropompa 62 di aspirazione ed alimentazione di gasolio proveniente lungo un tubo di adduzione 63 pescante in una sorgente di gasolio (non mostrata). La pompa 62 ? pure associata ad un'elettrovalvola 64 destinata ad interrompere la comunicazione tra pompa 62 e tubo di adduzione 63 dopo lo spegnimento del bruciatore e a mettere il condotto di mandata 60 in comunicazione con un condotto 65 di ritorno alla sorgente di gasolio.

L'atomizzatore 19 ? supportato in testa al canotto o altro corpo metallico cavo 66, il quale alloggia al suo inter o, nell'ordine, un termostato 67, una resistenza elettrica a cartuccia 68 ed un filtro 70 per il gasolio. Il termostato 67 ? alloggiato in un allargamento posteriore 71 della luce interna del corpo 66, mentre la cartuccia 68 ? alloggiata in una luce cilindrica assiale con la quale delimita un'intercapedine anulare 72, lungo la quale ? costretto a passare il gasolio proveniente dal condotto 60. In fase di avvio a freddo del bruciatore, la cartuccia 68 provvede a preriscaldare il gasolio prima di inviarlo all'atomizzatore 19, onde evitare una fase iniziale di combustione incompleta e conseguente formazione di fuliggine entro la camera di combustione 2. Quando la temperatura all'interno del bruciatore si sia innalzata ad un valore di soglia prestabilito, il termostato 67 prov eder? a disinserire l'alimentazione di corrente alla cartuccia 68.

Il gruppo motore-compressore 21 riceve l'aria dalla presa d'aria 22, la quale pu? presentare una flangia di testa 73 di attacco ad un bocchettone (non mostrato), ad esempio alla bocca di uscita di un filtro per l'aria. La presa d'aria 22 ? intercettabile da una valvola a farfalla 74 fissata su di un albero diametrale 75 azionabile da un motore elettrico 76 pilotabile da un encoder 77 secondo un programma prestabilito per la regolazione della portata d'aria diretta al compressore 21. Vantaggiosamente, a valle della valvola 74 si prevede un tratto a diametro ridotto cos? da aumentare la velocit? dell'aria in entrata al compressore. La camera di combustione 2 ? delimitata da un tubo in acciaio inossidabile 80, che nel tratto adiacente all'ugello 15 del bruciatore ? sostanzialmente cilindrico e prosegue con un tratto conico 81 terminante con una bocca ristretta di uscita 82 (Figure 5 e 6). In corrispondenza dell'estremit? di entrata 83 il tubo 80 ? supportato da una ghiera 84, la quale lungo la propria flangia periferica ? fissabile mediante bulloni 85 ad un anello metallico periferico 86, il quale ? a pi? diametri cos? da delimitare verso l'interno degli spai lamenti anulari per l'appoggio ed il fissaggio delle camicie isolanti 8 e 9 e, verso l'esterno, un incavo anulare di attestamento di una ghiera 87. Quest'ultima ? fissabile perifericamente all'anello 86 mediante bulloni 88 e si inserisce nella ghiera 84 con la quale delimita una intercapedine anulare periferica 89. La luce interna della ghiera 84 presenta un tratto iniziale cilindrico 90 seguito da un tratto leggermente conico 91, separato dal tratto 90 da uno spallamento anulare 92, contro il quale pu? riscontrare la ghiera 23 presente sull'ugello 15 del bruciatore.

La ghiera 87 presenta un incavo frontale, nel quale ? insediabile ghiera di attestamento 33 montata sull'ugello 15 del bruciatore. La ghiera 87, nella parte inferiore ? attraversata da un tubo 94 in comunicazione con l'intercapedine 89 e destinato a raccogliere e far defluire eventuale gasolio incombusto che si pu? scaricare dall'atomizzatore 19 nella camera di combustione 2 durante le fasi di avviamento a freddo o di spegnimento del bruciatore. Il tubo 94 tramite un'elettrovalvola 95 ed un raccordo a T 96 comunica con il tubo di adduzione 63 (Figg. 1 e 2).

La bocca di uscita 82 della camera di combustione 2 ? inserita ed ? supportata nel foro centrale assiale 97 di una ghiera 98, che presenta anche una serie di quattro aperture 99 prossime al foro 97 ed una di quattro aperture pi? esterne 100 disposte lungo rispettive circonferenze concentriche con il foro assiale (Figg. 6 e 10). La ghiera 98 in corrispondenza della propria faccia rivolta verso la camera 4 presenta un rilievo anulare 101, che all'interno delimita una sede di accoppiamento per un anello metallico 102, mentre all'esterno delimita uno spallamento anulare 103 di supporto per la camicia isolante 8. In corrispondenza della propria faccia rivolta verso la camera di combustione 2 la ghiera 98 ? accoppiabile, mediante bulloni 104, ad una ghiera 105 a pi? flange concentriche 106 e 107, nella quale sono ricavate asole circonferenziali 108 combacianti ed aventi la stessa luce di una rispettiva apertura 100 nella ghiera 98.

L'anello 102 ? dotato di un boccaglio centrale assiale 109 leggermente rastremato e convergente verso la camera 4 e la cui luce interna leggermente rastremata costituisce una continuazione del foro 97 della ghiera 98. In una posizione periferica rispetto al boccaglio 109, la ghiera 98 insieme con l'anello 102 delimita una ristretta camera anulare 110, nella quale ? insediata una doppia rete metallica 111 resistente alle alte temperature (Figg.12 e 13), ad esempio formata da due anelli concentrici di supporto llla e lllb a cui la rete ? elettrosaldata.

Nella camera 110 sboccano i condotti 6 (Figg. 7 ed 11) del sistema di convoglicimento dei gas di scarico posti nella camera 4.

L'anello 102 perifericamente alla camera 110 presenta una sequenza di aperture circonferenziali 112 combacienti ed aventi la stessa luce di una rispettiva apertura 100 nella ghiera 98 e 108 nella ghiera 105, in modo da delimitare dei passaggi di attraversamento della barriera costituita dalle due ghiere 98 e 105 e dall'anello 102.

La camera di espansione ed inversione del flusso 4, all'estremit? opposta all'anello 102 ? delimitata da un fondello 113, il quale presenta, a partire dal centro verso l'esterno, un'imbutitura assiale a rientrare 113a di configurazione sostanzialmente troncoconica, un ingrossamento anulare intermedio 114, interessato da una pluralit? di aperture passanti estendentisi lungo una circonferenza assiale, atraverso le quali ? insediata un'estremit? di un rispettivo condotto 6, ed un collare cilindrico periferico 115.

I condotti 6 presentano luce interna relativamente larga, ma molto sottile, per provocare la laminazione dei gas di scarico da trattare che vengono cos? costretti a lambire una superficie relativamente grande in rapporto di scambio termico con i gas di combustione provenienti dalla camera di combustione 2. I condotti 6 possono essere distinti in un condotto superiore 6a (Fig. 11), in due condotti laterali 6b e 6c ed in un condotto inferiore 6d. I condotti 6 possono essere ottenuti per schiacciamento in uno stampo o culla semicilindrica (non mostrata) di un tubo in lamiera relativamente sottile in acciaio inossidabile. Di preferenza, il condotto superiore 6a pu? presentare un'estensione circonferenziale maggiore, per esempio pu? essere ottenuto per schiacciamento di un tubo da 50 mm di diametro, i condotti laterali 66 e 6c possono essere ottenuti da un tubo da 48 mm di diametro ed il condotto 6d da un tubo di 30 mm di diametro, mentre la larghezza della luce interna a ciascun condotto ? uniforme, ad esempio di alcuni millimetri.

Tra un condotto 6 e l'altro restano delimitate delle fenditure longitudinali 117, tra il condotto 6a ed i condotti laterali 6b e 6c, e 118 tra i condotti laterali ed il condotto 6d, attraverso le quali possono passare ed espandersi i gas di combustione provenienti dalla camera di combustione 2. Tali gas, infatti, una volta entrati nella camera 4 attraverso il boccaglio 109 sono in gran parte lanciati contro il l'imbutitura 113a dove subiscono una brusca deviazione laterale per andare a lambire cos? le pareti rivolte verso l'interno dei condotti 6 ed attraversare le fenditure longitudinali 117 e 118 ed andare a lambire quindi anche le loro pareti rivolte verso l'esterno mentre iniziano il loro spostamento a ritroso verso i passaggi delimitati dal combaciamento delle aperture 116 nell'anello 102, 100 nella ghiera 98 e 108 nella ghiera 105 (vedere anche frecce in Fig.l).

In uso, i condotti 6 vengono riscaldati a temperatura relativamente elevata - intorno ai 1000 "C - dai gas di combustione provenienti dalla camera di combustione 2 e subiscono una considerevole dilatazione termica che li costringe ad ingobbirsi o a spanciare in corrispondenza della loro porzione intermedia, allargando cos? la luce delle fenditure 117 e 118, il che favorisce l'espansione dei gas caldi, mentre una volta spento il bruciatore e raffreddati essi si riportano, per contrazione, in condizione di perfetto parallelismo .

La camera 4 ? perifericamente delimitata da una parete tubolare metallica (acciaio inossidabile) 120, la quale ? infilabile, in corrispondenza della sua estremit? a monte, sul rilievo anulare 101 della flangia 98 ed in corrispondenza dell'altra sua estremit? sul rilievo cilindrico 115 del fondello 113, cos? che essa pu? scorrere sui rilievi per compensare le dilatazioni e contrazioni termiche. All'esterno della parete 120 si prevede la camicia isolante 8, la quale ? esternamente separata dalla camicia isolante 9 da una parete tubolare 122 supportata, ad un'estremit?, da un anello flangiato 123 ed, all'altra estremit?, da una ghiera 124.

Questa strutturazione delle camicie isolanti 8 e 9 si ripete nei vari spezzoni del corpo della marmitta, dove ciascun anello 123 ? fissabile ad una rispettiva ghiera 124 mediante bulloni 125 con interposizione dei bordi periferici delle ghiere 98 e 105 o di altri elementi di supporto anulari.

Si noter? come ciascuna ghiera 124 sormonti esternamente gli altri componenti di ciascuna giunzione tra uno spezzone e l'altro della marmitta e presenti incavi di accoglimento per due pareti esterne 126 consecutive, le quali, come si vede meglio in Fig. 9 sono ognuna configurate a semiguscio cilindrico munito di fori 127 lungo i propri bordi longitudinali per la chiusura mediante viti di fissaggio 129.

Vantaggiosamente, ciascuna ghiera 124 ? dotata di una coppia di O-ring di tenuta 130, uno per ciascuna parete 126 per impedire infiltrazioni d'acqua all'interno del corpo della marmitta.

Una volta attraversate le luci 112, 100 e 108 i gas di combustione entrano nell'intercapedine anulare 10 (Fig. 6) delimitata da una parete tubolare interna 130 e da una esterna 131, entrambe in acciaio inossidabile. La parete esterna 131 ? sostenuta ad un'estremit? dalla flangia o collare 106 della ghiera 98, mentre all'altra sua estremit? essa ? infilata su di un anello flangiato 132, contro la cui flangia periferica 133 si attestano le camicie isolanti 8 e 9. La parete interna 130 viene invece a trovarsi attorno al tratto troncoconico 81 della camera di combustione ed ? supportata scorrevole, da una parte, dalla flangia o collare 107 della ghiera 98 e, dall'altra, dal collare 134 di un anello 135. Esternamente al collare 134, l'anello 135 presenta una serie di passaggi periferici 136 (Fig. 9) disposti angolarmente distanziati, di preferenza lungo una circonferenza, ed atti a consentire il passaggio parzialmente strozzato dei gas di combustione dalla intercapedine 10 ad un collettore anulare 137comunicante con il condotto di scarico laterale 11 (Fig. 5).

L'anello 135 presenta un bordo periferico 138 fissabile tramite viti 139 ad una ghiera periferica 140 di supporto, a sua volta imbullonabile mediante bulloni 125 all'anello 133. Dalla parte rivolta verso il collettore 137 l'anello 135 presenta un collarino a diametro maggiore 141 ed uno a diametro minore 142. Sul collarino 141 ? infilata un'estremit? di una parete tubolare 143, la cui altra estremit? poggia su di un tratto di un anello flangiato 144.

La parete 143 insieme con una parete pi? esterna 120supportata dagli anelli 144 e 135 delimita il collettore 137, mentre dalla parte interna, la parete 143 insieme con la parete 80 della camera di combustione e con una parete coassiale 145 portata dall'anello 144 e dalla ghiera 84, delimita un altro collettore, di cui si dir? in seguito.

Tornando al collettore 5 (Figg. 1 e 8), si noter? come esso da una parte sia delimitato dal fondello 113, lateralmente da una parete cilindrica 120 in acciaio inossidabile e da parte opposta da un disco di chiusura 146, il quale presenta una flangia periferica 147 ed un foro centrale nel quale si pu? inserire l'estremit? 148 di un tubo di scarico 149 di un motore diesel (non mostrato). Allo scopo di mantenere elevata la temperatura dei gas di scarico in entrata al collettore 5 il tubo 149 ? vantaggiosamente termicamente isolato, per esempio mediante un rivestimento 150, costituito da allumina, tenuta in posizione da una guaina di lamiera di acciaio inossidabile 151. Il tubo 149 ? dotato di flangia terminale di attacco 152, a cui ? saldato ed alla quale ? imbullonato mediante bulloncini 153 il bordo terminale della guaina 151. La flangia 152 ? fissabile amovibilmente, ad esempio tramite bulloni 154, alla flangia periferica 155 di un collare flangiato 156, al quale ? a sua volta imbullonato mediante bulloni 157 il disco di chiusura 146, che si attesta contro di esso. Il collare 156, oltre a fungere da eiemento di attestamento per il tratto finale della doppia camicia isolante 8 e 9, supporta, con libert? di scorrimento, un'estremit? della parete laterale 120 del collettore 5, la cui altra estremit? ? infilata sul collare 158 di una ghiera 159 fissabile mediante bulloni 160 al bordo esterno del fondello 113.

All'interno del collettore 5 ? sistemata una rete 161 configurata a guisa di cestello tubolare ancorato elasticamente attorno all'estremit? 148 del tubo di scarico 149 e che riproduce sostanzialmente il contorno della luce interna del collettore 5. La rete 161 ? destinata, in uso, a diventare incandescente per il calore ad essa ceduto per conduzione e convezione dal fondello 113, a sua volta soggetto, da banda opposta, al getto dei gas di combustione provenienti dalla camera di combustione 2.

La rete 161 ? di configurazione cilindrica con sporgenza 162 per inserirvi parzialmente nella porzione a rientrare 115a del fondello, un incavo anulare 163 che funge da contorno agli ingrossamenti 114 ed un'imboccatura 164 per l'inserimento sulla porzione terminale a sporgere 148 del tubo 149

I gas di scarico convogliati dal tubo 149 nel collettore 5 subiscono un aumento di velocit? in corrispondenza dell'estremit? leggermente rastremata 145 prima di dirigersi contro la rete 161 ed il fondello surriscaldato 112 e prima di incanalarsi lungo i condotti 6, pure surriscaldati, per subire un processo di laminazione a contatto con le pareti interne dei condotti 6 ed andar soggetti ad un crescente innalzamento della temperatura col progredire del loro avanzamento in controcorrente rispetto ai gas di combustione del bruciatore (ma senza mai entrare in contatto diretto con essi ), onde completare la combustione di eventuali incombusti in essi contenuti. Dai condotti 6 i gas di combustione si scaricano nella camera anulare 110, dove sono costretti ad entrare in contatto con la rete incandescente 111 prima di attraversare le fenditure 99 e passare in un vano anulare 162 delimitato internamente dal tratto troncoconico 81 della camera di combustione ed esternamente dalla parete 130, ed in parte dal collare 107 della ghiera 105 e dall'anello 135. Nel vano 162 i gas di scarico investono il tratto troncoconico 81, da cui assorbono ulteriore calore portandosi a circa 900-1000 "C per il completamento della combustione di ogni residuo incombusto in essi contenuto.

Siccome l'ossido di carbonio CO presente nei gas di scarico ha una forte tendenza a combinarsi con l'ossigeno alle temperature relativamente elevate regnanti nel vano 162 (ossia, come si ? detto, intorno a 900 - 1000?C), si favorisce la sua totale trasformazione in C02. Sui 900 - 1000 "C l'anidride carbonica resulta relativamente stabile, dato che fenomeni di dissociazione della C02 cominciano ad essere significativi solo oltre i 1200 - 1500?C. D'altro canto la temperatura nel vano 162 non ? tale da favorire la formazione di ossido di azoto NO soprattutto perch? l'azoto tende a combinarsi con l'ossigeno solo a temperature molto pi? elevate, dell'ordine di 1500? ed oltre, ed anche perch? si tratta di gas di scarico ormai combusti e quindi con bassissimo contenuto di ossigeno.

I gas di scarico dal vano 162, dove subiscono, come si ? visto, un processo di postcombustione ad elevata temperatura, passano lungo un'intercapedine 163 delimitata tra camera di combustione 2 ed anello 135, lungo la quale subiscono un aumento di velocit? ed una laminazione, per cui sono costretti a lambire a brevissima distanza la parete caldissima della camera 2 prima di trasferirsi in un collettore 164, delimitato tra le pareti 143 e 145, da una parte e dal tratto 80 della camera di combustione dall'altra (Fig.5).

Nel collettore 164 ? prevista una rete metallica 165 (Fig. 5, 16 e 17),, ad esempio di configurazione sostanzialmente cilindrica con estremit? leggermente allargata, la quale ? supportata da una parte ad una sua estremit? dal collarino 142 dell'anello 135 e dall'altra dalla ghiera 84. La rete 165, come la rete 111 e 161, in uso, ? allo stato incandescente e serve a trasmettere calore per conduzione ed irraggiamento ai gas di scarico presenti nel collettore 164 per assicurare una postcombustione quanto pi? completa possibile prima di entrare nel condotti di scarico 7.

Quest'ultimo pu? essere strutturato come il condotto 11 per cui si ritiene sufficiente descriverne uno soltanto qui di seguito .

Nell'esempio illustrato, il condotto 7 ? formato da una successione di anelli di supporto 166, 167 e 168. L'anello 166 ? saldato esternamente al bordo di un foro praticato nella parete metallica 145, mentre internamente ? a due diametri, cos? da presentare una battura di attestamento per un tubo in 169 in esso infilabile. Il tubo 169 si inserisce anche nell'anello 167 e nell'anello 168, al quale risulta fissabile, per esempio prevedendo un bordo flangiato 170 sull'anello 168 ed un anello 171 saldato esternamente al tubo 169, in modo che il bordo 170 e l'anello 171 possano essere vincolati tra loro mediante bulloni 172.

Il tubo 169 entra in un gruppo di raffreddamento 12 o 13 (Fig. 1) che esplica parecchie funzioni, e cio? di raffreddamento, di insonorizzazione e di filtraggio dei gas combusti in esso scaricati. I gruppi di raffreddamento 12 e 13 sono vantaggiosamente uguali l'uno all'altro, per cui se ne descriver? uno soltanto in dettaglio.

Come si vede meglio osservando le Figg. 1 e da 18 a 23, ciascun gruppo di raffreddamento 12, 13 comprende una carcassa esterna in acciaio inossidabile formata da pi? spezzoni flangiati e fissabili l'uno all'altro tramite buiIoni 173 e, nell'ordine, uno spezzone di ingresso 174, nel quale penetra lateralmente il tubo di scarico 169, uno spezzone 175 di alloggiamento di uno scambiatore di calore gas combusti-aria 176, uno spezzone 177 di alloggiamento filtri per i gas combusti, ed uno spezzone finale di insonorizzazione 178, contenente anche filtri per la miscela gas combusti-aria.

Lo spezzone di ingresso 174 supporta in testa un gruppo soffiante 179, il quale ? formato da una ventola assiale 180 e da un motore elettrico 171 di azionamento della ventola, supportati entro un anello flangiato 182 di intubazione della ventola fissabile tramite bulloni 173 allo spezzone 174. La ventola 180 ? predisposta per insufflare aria entro la carcassa in modo da investire e lambire lo scambiatore 176, il quale delimita un'intercapedine 183 con la carcassa. L'aria viene passa quindi in un'intercapedine 184 delimitata tra lo spezzone 177 ed una parete interna 185 di contenimento di filtri 186 e 187 prima di attraversare la luce dello spezzone finale 178, dove si mescola con ? gas combusti provenienti dallo scambiatore 176 e viene quindi scaricata nell'atmosfera attraverso un tubo a gomito 185.

I gas combusti scaricati dal tubo di scarico 169 (e provenienti dal collettore 164 nel caso del gruppo 12 e dal collettore 137 nel caso del gruppo 13) vengono inviati, tramite un gomito 189 entro il rispettivo scambiatore 176, il quale delimita una luce interna relativamente stretta per costringere i gas a lambire la parete dello scambiatore, la quale ? esternamente a contatto con l'aria insufflata dalla ventola 180 per un efficace e rapido raffreddamento di gas combusti. All'uscita dello scambiatore di calore 176 i gas raffreddati sono costretti ad attraversare un filtro 190, ad esempio a carbone attivo, destinato principalmente all'assorbimento di eventuali tracce di CO rimaste nei gas combusti. I gas passano quindi nel vano 191 (delimitato dalla parete 185) di contenimento dei filtri 186 e 187. I filtri 186 e 187 sono costituiti, per esempio in materiale espanso, quale gommapiuma, supportata da cartone trattato, ad esempio plastificato, per la ritenuta della condensa, che pu? essere, all'occorrenza, scaricata all'esterno attraverso un rubinetto 192.

All'uscita dal vano 191 i gas combusti si mescolano in parte con l'aria proveniente lungo l'intercapedine 184, attraversano un filtro 193 per l'intrappolamento delle polveri per essere, infine, convogliati su di un filtro 194 per le polveri e l'eliminazione di eventuali tracce di ammoniaca prima di essere scaricati nel tubo 188 completamente depurati e a bassa temperatura. Volendo, il filtro 193 pu? presentare un'intercapedine esterna per opporre minor resistenza al passaggio dell'aria e dei gas attraverso di esso.

Lo scambiatore di calore 176, come si vede meglio nelle Figg. da 19 a 22, pu? essere costituito da due met? flangiate 195 e 196 in lamiera in acciaio inossidabile, tenute insieme da una pluralit? di bulloni 197, con interposizione di un telaio interno di irrigidimento 198, il tutto essendo supportato entro il tratto di contenimento 175.

Lo spezzone finale 178 (Fig. 22) ? invece esternamente insonorizzato da un doppio strato 199, ad esempio costituito di lana di allumina o da una miscela di allumina e materiale plastico espanso.

La marmitta sopra descritta ? suscettibile di numerose modifiche e varianti entro l'ambito protettivo definito dalle rivendicazioni che seguono.

Cos?, ad esempio, per un funzionamento sicuro e completamente automatizzato del bruciatore 3 nel vano 162 si prevede vantaggiosamente una sonda 200 inseribile in un sistema di anelli 201, ad esempio come quello dei condotti 7 ed 11, e costituita per esempio da una termocoppia che rileva la temperatura entro il vano 162 per comandare, in uso, (tramite appositi collegamenti elettrici non illustrati) l'accensione del bruciatore 3 non appena la temperatura si abbassa al di sotto di un valore di soglia predeterminato.

Per sicurezza, nella camera di espansione 4 si pu? prevedere una seconda termocoppia 202 di sicurezza, che pu? operare insieme con, oppure in alternativa alla sonda 200 allo stesso scopo.

Vantaggiosamente a ridosso della ghiera 84 (Figg. 1, 5, 24 e 25) si pu? prevedere uno strato isolante 203 di allumina contenuto in una gabbia di rete anulare 204, che contribuisce a disperdere meglio il calore senza riscaldare pericolosamente gli anelli 86 e 93 che possono cos? in qualunque momento essere toccati da un operatore senza rischio di scottarsi, ad esempio per scopi di ispezione e/o manutenzione.

Naturalmente la marmitta sopra descritta pu? funzionare anche in tandem con altre marmitte ad essa similari, ad esempio nel caso di motori diesel di grande potenza, oppure essa pu? essere dotata di pi? coppie di gruppi di raffreddamento 12, 13 ad esempio distribuite attorno alla camera di combustione .

I materiali nonch? le dimensioni possono essere vari a seconda delle esigenze.

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Marmitta per l'abbattimento dei composti inquinanti nei gas di scarico di un motore a combustione interna, la quale comprende almeno una camera di combustione relativamente lunga, un bruciatore posto in testa alla o a ciascuna camera di combustione ed atto a creare e mantenere una fiamma pressurizzata sviluppante una temperatura relativamente elevata lungo la o la rispettiva camera di combustione, una camera di espansione ed inversione di flusso posta a valle della o della rispettiva camera di combustione, un collettore di gas di scarico da depurare disposto a ridosso della o della rispettiva camera di espansione ed in comunicazione con il sistema di scarico del motore a combustione interna, almeno un condotto di convogliamento dei gas di scarico da depurare, il quale ? disposto in rapporto di scambio termico e si estende lungo ed attorno sia alla camera di espansione che alla camera di combustione a partire dal collettore fino ad almeno un primo scarico laterale in corrispondenza della camera di combustione per sottoporre i gas di scarico a surriscaldamento ed un processo di postcombustione, almeno una camicia termicamente isolante attorno sia al o a ciascun condotto di convogliamento e sia alla od alla rispettiva camera di combustione per delimitare con essa almeno un'intercapedine attraverso la quale defluiscono a ritroso i gas di combustione provenienti dalla camera di espansione ed inversione prima di giungere ad un secondo scarico, ed almeno un gruppo di raffreddamento all'uscita di ciascuno scarico.
2 Marmitta secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detta camera di combustione presenta un tratto iniziale a luce interna costante, seguito da un tratto rastremato verso una bocca di scarico in detta camera di espansione ed inversione di flusso per scaricare i gas di combustione a velocit? incrementata.
3. Marmitta secondo le rivendicazioni 1 o 2, caraterizzata dal fatto che detto bruciatore comprende un ugello in materiale termicamente isolante delimitante un tratto convergente ed uno divergente, un atomizzatore posto nel tratto convergente ed in comunicazione con una sorgente di combustibile fluido, un compressore motorizzato preposto ad alimentare aria pressurizzata assialmente lungo ed attorno all'atomizzatore, un elettrodo di accensione ed un rilevatore di fiamma insediati in sedi trasversali estendentisi da banda opposta dall'esterno fino ad una zona immediatamente adiacente alla punta dell'atomizzatore, ed un anello divergente posto in detto tratto divergente all'ingresso della camera di combustione, destinato, in uso, a diventare incandescente per favorire la combustione completa del combustibile nella parte periferica della fiamma.
4. Marmitta secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto di comprendere una ghiera di supporto convergente a valle di detto anello divergente, la quale ? preposta a confinare la fiamma sostenuta dall'atomizzatore e a mantenere l'anello divergente separato da un'intercapedine dal tratto divergente dell'ugello.
5. Marmitta secondo le rivendicazioni 3 o 4, caratterizzata dal fatto di comprendere un gruppo pompante avente un condotto di alimentazione comunicante con detta sorgente di combustibile ed una mandata preposta ad alimentare detto atomizzatore, mezzi valvolari di commutazione della mandata per creare un effetto aspirante sull'atomizzatore all'atto dello spegnimento del bruciatore.
6. Marmitta secondo la rivendicazione 5, caratterizzata dal fatto che tra detto ugello e detta camera di combustione ? previsto un condotto inferiore di raccolta e scarico di eventuale combustibile liquido incombusto, il quale ? in comunicazione con detto condotto di mandata, e mezzi valvolari di intercettazione di detto condotto di raccolta, preposti ad agire a programma prima di ogni accensione del bruciatore in concomitanza con detti mezzi di commutazione.
7. Marmitta secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detta camera di espansione ed inversione di flusso comprende un anello di testa attraverso il quale scarica la bocca di scarico della camera di combustione, un fondello rompigetto posto opposto alla bocca di scarico da banda opposta rispetto all'anello di testa, condotti di convogliamento dei gas di scarico da depurare disposti attorno al fondello rompigetto ed estendentesi per tutta la lunghezza della camera cos? da essere investiti dai gas di combustione in espansione e costretti a cambiare senso di avanzamento e a passare tra un condotto e l'altro verso la parete o pareti della camera, una pluralit? di passaggi periferici attraverso detto anello di testa per il flusso a ritroso dei gas di combustione, un'intercapedine anulare di raccolta dei gas di combustione provenienti da detti passaggi periferici e di inoltro a detto secondo scarico .
8. Marmitta secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che detta camera di espansione ed inversione comprende una sonda a termocoppia per il rilevamento della temperatura in essa regnante.
9. Marmitta secondo la rivendicazione 7 ed 8, caratterizzata dal fatto che detto anello di testa tra detta bocca di scarico e detti passaggi periferici delimita una camera anulare, nella quale sboccano i condotti di convogliamento dei gas di scarico da depurare e con la quale comincia detto primo scarico.
10. Marmitta secondo la rivendicazione 9, caratterizzata dal fatto di comprendere una rete metallica che si estende su tutta la luce di detta camera anulare ed ? destinata a diventare, in uso, incandescente per favorire la combustione di incombusti presenti nei gas di scarico da depurare.
11. Marmitta secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 7 a 10, caratterizzata dal fatto di comprendere uno spazio anulare in comunicazione con detto primo scarico, il quale ? delimitato internamente dalla camera di combustione ed esternamente da detta intercapedine anulare di raccolta dei gas di combustione, con le quali si trova in rapporto di scambio termico.
12. Marmitta secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto che detta camera anulare comprende una sonda a termocoppia per il rilevamento della temperatura in essa regnante .
13. Marmitta secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detto collettore di gas di scarico alloggia una rete metallica destinata, in uso, a diventare incandescente perch? in rapporto di scambio termico con il fondello della camera di espansione ed inversione di flusso, per innescare un processo di postcombustione dei gas di scarico da depurare.
14. Marmitta secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detta camicia termicamente isolante comprende una pluralit? di spezzoni tubolari adiacenti tenuti uniti da anelli di connessione, ognuno contenuto in almeno una guaina metallica.
15. Marmitta secondo la rivendicazione 14, caratterizzata dal fatto che uno di detti anelli tra uno spezzone e l'altro ? a sormonto e comprende almeno una guarnizione di tenuta per la guaina di ciascuno spezzone, cos? da impedire infiltrazioni d'acqua.
16. Marmitta secondo la rivendicazione 14 o 15, caratterizzata dal fatto che ciascuno spezzone ? formato da due strati anulari concentrici a contatto.
17. Marmitta secondo la rivendicazione 16, caratterizzata dal fatto che lo strato esterno e la rispettiva guaina sono in due met? fissabili insieme longitudinalmente.
18 . Marmitta secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni caratterizzata dal fatto che ciascun gruppo di raffreddamento comprende una conduttura esterna di alloggiamento, un gruppo soffiante in testa alla conduttura, vino scambiatore di calore entro la conduttura a valle del gruppo soffiante, il quale ? in comunicazione con un rispettivo scarico ed ? preposto a ricevere i gas di scarico depurati od i gas di combustione per raffreddarli, un gruppo di filtraggio e di intercettazione della condensa, ed un gruppo terminale di insonorizzazione e filtraggio nel quale i gas raffreddati si mescolano con l'aria insufflata dal gruppo soffiante.
19. Marmitta secondo la rivendicazione 18, caratterizzata dal fatto che detto gruppo di filtraggio ed intercettazione della condensa comprende almeno un filtro per le eventuali tracce di ossido di carbonio, almeno un filtro per la ritenuta della condensa, una valvola di scarico all'esterno della condensa.
20. Marmitta secondo la rivendicazione 18 o 19, caratterizzata dal fatto che detto gruppo terminale comprende pareti insonorizzate, un filtro per le polveri ed un filtro per eventuali tracce di ammoniaca.