ITBO20090316A1 - Metodo per lo svuotamento e l'asciugatura di un impianto di iniezione di vapore acqueo, e dispositivo che attua tale metodo - Google Patents

Description

METODO PER LO SVUOTAMENTO E L’ASCIUGATURA DI UN IMPIANTO DI INIEZIONE DI VAPORE ACQUEO, E DISPOSITIVO CHE ATTUA TALE METODO

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si inserisce nel particolare settore tecnico concernente un sistema di alimentazione di un motore a scoppio, nel quale cooperano, in idonea relazione di fase, un impianto di iniezione del vapore e un impianto d’iniezione carburante

Con domanda PG2008A000035 si à ̈ difeso un “Sistema per l’alimentazione di un motore a scoppio†.

Con riferimento alla figura 1, la soluzione tecnica oggetto di detta domanda à ̈ definita da una centralina d’iniezione (15), destinata a pilotare almeno un comando d’iniezione (14) atto ad immettere quantità dosate di carburante all’interno del citato cilindro, in relazione di fase con l’aspirazione, caratterizzato dal fatto di prevedere un impianto d’iniezione di vapore acqueo comprendente: mezzi (3) per la generazione e l’accumulo di detto vapore acqueo, in quantità sufficiente a garantirne una continua disponibilità; un’unità di comando iniezione vapore (9), alimentata con vapore acqueo a pressione controllata, proveniente da detti mezzi (3), ed atta ad immettere quantità dosate del medesimo vapore acqueo all’interno di detto cilindro; una centralina d’iniezione vapore (6), prevista per controllare e pilotare detti mezzi di generazione ed accumulo (3) per l’alimentazione di detto vapore acqueo alla citata unità di comando iniezione vapore (9), nonché atta a pilotare quest’ultima affinché la detta iniezione di vapore acqueo nel cilindro avvenga in relazione di fase con la citata aspirazione e con l’iniezione di carburante, in modo da cooperare con quest’ultimo per determinare la spinta sul pistone del cilindro, in corrispondenza di una fase attiva del suddetto ciclo, successiva allo scoppio del medesimo carburante.

I mezzi per la generazione e l’accumulo di vapore acqueo comprendono un serbatoio (1), contenente acqua, ed una pompa (2), atta a prelevare la suddetta acqua per inviarla ad una camera di reazione (3), nella quale viene riscaldata fino a vaporizzare, con detto vapore acqueo a sua volta inviato al citato comando d’iniezione vapore (9).

La camera di reazione (3) definisce uno scambiatore di calore, atto ad utilizzare i gas di scarico del medesimo motore M per la citata vaporizzazione dell’acqua. La suddetta camera di reazione à ̈ conformata per avvolgere una derivazione (4A) realizzata nel collettore di scarico (4) del suddetto cilindro e sfociante in un tubo di scarico (4B), all’uscita del medesimo collettore (4).

A monte della citata derivazione (4A) à ̈ prevista una valvola di flusso gas di scarico (5), comandata dalla suddetta centralina d’iniezione vapore (6) per regolare la quantità dei gas di scarico incanalati nella derivazione (4A) medesima per riscaldare la citata camera di reazione (3): che a valle di detta derivazione (4A) à ̈ prevista una valvola d’ostruzione gas di scarico (7), comandata dalla stessa centralina d’iniezione vapore (6), per regolare il deflusso dei gas di scarico dalla citata derivazione (4A) verso detto tubo di scarico (4B).

È previsto un regolatore di pressione vapore (8), interposto tra la camera di reazione (3), dei citati mezzi per la generazione e l’accumulo di vapore acqueo, e detto comando d’iniezione vapore (9), con il suddetto regolatore della pressione vapore (8) atto a mantenere pressoché costante la pressione di alimentazione del citato vapore acqueo al medesimo comando d’iniezione vapore (9).

È altresì previsto un espulsore vapore (10), associato a detta unità di comando iniezione vapore (9), atto ad intercettare il vapore acqueo affluito in eccesso a quest’ultima, per inviarlo, attraverso una tubazione, ad un radiatore di raffreddamento vapore (11), nel quale il vapore medesimo viene riportato allo stato liquido e quindi rinviato in detto serbatoio d’acqua (1).

Il suddetto sistema prevede altresì un dispositivo di recupero finale vapore (16), posizionato in prossimità del terminale di scarico dello stesso motore M, atto a recuperare le condense finali formatesi nel medesimo terminale di scarico per inviarle in detto serbatoio d’acqua (1).

Con lo spegnimento del motore, le canalizzazioni e gli organi dell’impianto di iniezione del vapore, permangono interessati da acqua o da vapor d’acqua: quest’ultimo tende gradualmente a condensarsi a causa del suo raffreddamento. La permanenza dell’acqua nell’impianto di iniezione del vapore può provocare, nel tempo, il deposito di calcare con tutte le problematiche che ciò comporta; inoltre eventuali impurità presenti nell’acqua possono corrodere i componenti dell’impianto.

Le canalizzazioni di quest’ultimo sono preferibilmente di metallo che, come noto, à ̈ buon conduttore del calore; tale aspetto, a causa di temperature esterne uguali o inferiori a quella di congelamento, può portare alla formazione di ghiaccio con tutte le serie problematiche che ciò comporta.

La prerogativa dell’invenzione à ̈ quella di proporre un metodo per lo svuotamento e l’asciugatura di un impianto di iniezione di vapor acqueo cooperante con un impianto di iniezione carburante per l’alimentazione di un motore endotermico, che superi le problematiche di cui alla soluzione tecnica difesa con domanda PG2008A000035, il tutto attuato senza sollecitare meccanicamente e termicamente le canalizzazioni e gli organi operativi del citato impianto di iniezione di vapor acqueo.

Una ulteriore prerogativa dell’invenzione à ̈ quella di fornire un dispositivo che, in cooperazione con la centralina di comando dell’impianto di iniezione vapore, sia in grado di attuare il suddetto metodo.

Ancora una prerogativa dell’invenzione à ̈ quella di proporre un dispositivo tale da monitorare la temperatura dell’acqua del serbatoio d’acqua dell’impianto di iniezione del vapore per mantenere il valore di tale temperatura superiore almeno allo zero termico.

Le suindicate caratteristiche vengono ottenute in accordo con il contenuto delle rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione proposta risulteranno evidenti dalla sotto riportata descrizione con riferimento alle allegate tavole di disegni nelle quali:

- la fig.1 illustra lo schema esemplificativo degli impianti di iniezione del vapor acqueo e di carburante di cui al sistema di alimentazione difeso con domanda PG2008A000035;

- la fig.2 illustra lo schema di cui alla fig.1 integrato con il dispositivo oggetto dell’invenzione, che consente di attuare il metodo oggetto dell’invenzione. Nella figura 2 gli organi operativi esplicanti le medesime funzioni di corrispondenti organi di cui alla fig.1 sono contrassegnati con i medesimi riferimenti utilizzati in quest’ultima figura nella quale, come ricordato, à ̈ illustrato il sistema di alimentazione di cui alla domanda PG2008A000035 richiamato in premessa.

Con riferimento alla fig.2, con 30 à ̈ stato indicato un compressore, gestito dalla centralina di iniezione vapore 6, la cui mandata sfocia nella conduttura 19 collegante il serbatoio 1 dell’acqua con la pompa 2; una valvola unidirezionale 20, posta in detta conduttura 19 nel ramo tra il serbatoio e la citata mandata evita il flusso di fluido (liquido o aria) verso il serbatoio medesimo.

Alla centralina 6 perviene il segnale elettrico di un sensore 40 preposto a misurare la pressione del vapore acqueo all’interno dello scambiatore di calore 3; un sensore 41 può essere previsto anche per misurare la temperatura del vapore: anche in questo caso il segnale elettrico corrispondente viene trasmesso alla centralina 6.

A seguito dello spegnimento del motore, lo scambiatore di calore 3 non à ̈ più interessato dai gas di scarico dello stesso motore; ne consegue che la temperatura e la pressione del vapore acqueo all’interno dello scambiatore diminuiscono gradualmente.

Non appena il valore di pressione (o in alternativa il valore di temperatura) rilevato all’interno dello scambiatore risulta uguale o inferiore ad un valore prefissato, memorizzato nella centralina 6, quest’ultima interviene, nell’ordine, a comandare gli organi dell’impianto di iniezione (e quelli ad esso associati) e ad attivare il compressore 30.

La pressione generata da quest’ultimo va ad interessare un circuito aperto 100 costituito dalla pompa 2, dalla conduttura 22 collegante quest’ultima con lo scambiatore 3, dallo scambiatore medesimo, dal regolatore di pressione 8, dal comando d’iniezione vapore 9, dagli iniettori di vapore alimentati da quest’ultimo, dall’espulsore vapore 10, dal radiatore di raffreddamento 11 ed infine dalla conduttura 23 collegante quest’ultimo con il serbatoio 1.

Ne consegue che in tale circuito aperto 100 viene a crearsi una “colonna†di liquido e vapore acqueo sospinta (frecce W) dall’aria in pressione (ad esempio 18bar) generata dal compressore 30.

Tale colonna viene scaricata nel serbatoio 1; la porzione di vapor acqueo presente in tale circuito aperto nel percorrere quest’ultimo gradualmente condensa; allorchà ̈ tale

“colonna†irrompe nel serbatoio, la condensazione à ̈ certamente ultimata.

Ne consegue che tale circuito aperto gradualmente si svuota e successivamente si asciuga per l’azione del flusso d’aria.

Va evidenziato, come noto all’esperto del ramo, che gli iniettori sono del tipo a “riflusso†di fluido, per cui anche gli stessi vengono svuotati dal vapore acqueo e/o tracce d’acqua e successivamente asciugati.

Il compressore d’aria 30 rimane attivato per un tempo preimpostato, sufficiente ad assicurare lo svuotamento e l’asciugatura del citato circuito aperto.

Secondo una variante dello schema di fig. 2, i mezzi 10 scaricano direttamente nell’atmosfera; in tale caso il flusso W interessa, nell’ordine la pompa 2, la conduttura 22, lo scambiatore 3, il regolatore di pressione 8, il comando di iniezione vapore 9, gli iniettori del vapore, e l’espulsore di vapore 10 al termine del quale si scarica direttamente nell’atmosfera.

Da quanto sopra risulta evidente che con la soluzione proposta tutti gli organi dell’impianto di iniezione del vapore acqueo, dopo lo spegnimento del motore, trascorso il tempo necessario alla diminuzione del valore di pressione nello scambiatore di calore 3, a cui va sommato il tempo di attivazione del compressore 30, risultano perfettamente asciutti.

In tal modo vengono eliminati gli inconvenienti citati in premessa, in quanto, in assenza di acqua, non si ha alcun attacco chimico alle parti interne dei vari organi, non si ha formazione di calcare e non vi à ̈ alcun pericolo di sollecitazioni meccaniche dovute al congelamento di acqua.

Per evitare il congelamento dell’acqua contenuta dal serbatoio 1, la temperatura di quest’ultima à ̈ misurata mediante un sensore 55 collegato alla centralina 6.

Non appena la temperatura dell’acqua à ̈ inferiore ad un valore prestabilito, la centralina attiva un organo di consenso 70 che abilita l’alimentazione di una resistenza 60, immersa nell’acqua del serbatoio, mediante una sorgente elettrica 50, ad esempio la batteria dell’autoveicolo.

Vantaggiosamente l’organo di consenso 70 viene attivato ad intermittenza, per evitare di scaricare la batteria 50.

S’intende che quanto sopra à ̈ stato descritta a titolo esemplificativo senza che ciò costituisca una limitazioni; eventuali varianti di natura pratico-applicativa rispetto a quanto descritto ed illustrato si intendono rientrati nell’ambito protettivo dell’invenzione come nel seguito rivendicata.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) Metodo per lo svuotamento e l’asciugatura di un impianto di iniezione di vapore acqueo cooperante con un impianto d’iniezione carburante per l’alimentazione di un motore endotermico provvisto di almeno un cilindro, con detto impianto di iniezione di vapor acqueo comprendente: un serbatoio 1, contenente acqua; uno scambiatore di calore 3, attraversato da acqua prelevata da detto serbatoio mediante una pompa 2 ed interessato dai gas di scarico di detto motore, con tale scambiatore previsto per fornire in uscita vapore acqueo saturo; un unità di comando iniezione vapore 9, alimentata con vapore acqueo proveniente da detto scambiatore di calore destinata, mediante organi di alimentazione, ad iniettare vapore acqueo nel citato cilindro durante la fase di aspirazione in idonea relazione di fase con l’aspirazione di aria e l’iniezione di carburante nel cilindro medesimo; mezzi 10 per ricevere il vapore acqueo alimentato in eccesso a detta unità di comando iniezione vapore 9, e per scaricare detto vapore a valle degli stessi; una centralina 6 per controllare e pilotare detti pompa, unità di comando iniezione vapore 9 e valvole 5, 7 disposte a monte e a valle di detto scambiatore di calore 3; caratterizzato dal fatto di prevedere: - la rilevazione dello spegnimento del motore; - la misura di almeno un parametro con cui definire la temperatura e la pressione del vapore acqueo presente all’interno di detto scambiatore 3; - l’invio, a seguito della rilevazione che il citato parametro misurato à ̈ uguale o inferiore ad un valore prefissato, di aria in pressione nel circuito aperto 100 definito da detti pompa 2, scambiatore di calore 3, unità di comando iniezione vapore 9, organi di alimentazione di detto vapore acqueo al citato cilindro, mezzi 10 per ricevere il vapor acqueo, alimentato in eccesso a detta unità di comando iniezione vapore, e nel verso da detta pompa 2 a detti mezzi 10; - il mantenimento di detta aria in pressione in detto circuito aperto sino al completo svuotamento ed asciugatura di quest’ultimo; 2) Metodo secondo la riv. 1, in cui il citato vapore in uscita dai suddetti mezzi 10 viene indirizzato ad un radiatore di raffreddamento 11 destinato a condensare detto vapore acqueo, l’uscita di tale radiatore essendo collegata, mediante una conduttura 23, con detto serbatoio, con tali radiatore 11 e conduttura 23 posti in serie al citato circuito aperto per inviare al serbatoio l’acqua prodotta da detta condensazione, caratterizzato dal fatto che l’aria in pressione interessa anche il citato radiatore di raffreddamento 11 e la citata conduttura 23 per sospingere l’acqua e/o il vapore acqueo interessanti il citato circuito aperto all’interno di detto serbatoio. 3) Metodo secondo la riv. 1 o 2, in cui à ̈ previsto un riduttore di pressione 8 interposto tra detto scambiatore 3 e la citata unità di comando iniezione vapore 9, caratterizzato dal fatto che la citata aria in pressione interessa anche il citato riduttore di pressione 8. 4) Dispositivo per lo svuotamento e l’asciugatura di un impianto di iniezione di vapore acqueo cooperante con un impianto d’iniezione carburante per l’alimentazione di un motore endotermico provvisto di almeno un cilindro, con detto impianto di iniezione di vapor acqueo comprendente: un serbatoio 1, contenente acqua; uno scambiatore di calore 3, attraversato da acqua prelevata da detto serbatoio mediante una pompa 2 ed interessato dai gas di scarico di detto motore, con tale scambiatore previsto per fornire in uscita vapore acqueo saturo; un’unità di comando iniezione vapore 9, alimentata con vapore acqueo proveniente da detto scambiatore di calore, destinata, mediante organi di alimentazione, ad iniettare vapore acqueo nel citato cilindro durante la fase di aspirazione in idonea relazione di fase con l’aspirazione di aria e l’iniezione di carburante nel cilindro medesimo; mezzi 10 per ricevere il vapore acqueo alimentato in eccesso a detta unità di comando iniezione vapore 9, e per scaricare detto vapore a valle dei mezzi medesimi; una centralina 6 per controllare e pilotare detti pompa, unità di comando iniezione vapore e valvole 5, 7 disposte a monte e a valle di detto scambiatore di calore 3; caratterizzato dal fatto di prevedere: - una sorgente di aria compressa 30 controllata da detta centralina 6, sfociante nel ramo 19 collegante detto serbatoio 1 con la citata pompa (2); - organi di consenso unidirezionali 20, posti su detto ramo in corrispondenza di detto serbatoio 1, previsti per evitare un flusso di fluido dal citato ramo verso il serbatoio; - organi sensori 40, 41, collegati a detta centralina 6, previsti per la misura della pressione e della temperatura all’interno di detto scambiatore di calore 3, con detta centralina 6 destinata, a seguito dello spegnimento del motore e della rilevazione di detti organi sensori, a definire un circuito aperto 100 definito da detti pompa 2, scambiatore di calore 3, unità di comando iniezione vapore 9, organi di alimentazione di detto vapore acqueo al citato cilindro, mezzi 10 per ricevere il vapore acqueo alimentato in eccesso a detta unità di comando a iniezione 9, e successivamente ad attivare detta sorgente di aria compressa 30 per un tempo prefissato tale da svuotare ed asciugare il suddetto circuito aperto. 5) Dispositivo secondo la riv. 4, caratterizzato dal fatto di prevedere un radiatore di raffreddamento (11) collegato da un lato con l’uscita di detti mezzi 10 e dall’altro lato, mediante una conduttura 23, con il citato serbatoio, con tali conduttura 23 e radiatori 11 posti in serie al citato circuito aperto. 6) Dispositivo secondo la riv. 4, caratterizzato dal fatto che in serie al citato circuito aperto 100 à ̈ disposto un riduttore di pressione 8 interposto tra il citato scambiatore di calore 3 e detta unità di comando iniezione vapore 9.