ITBO20110533A1 - Sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo di iniezione di un additivo - Google Patents
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Description
D E S C R I Z I O N E
del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:
"SISTEMA DI SCARICO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA PROVVISTO DI UN DISPOSITIVO DI INIEZIONE DI UN ADDITIVO"
SETTORE DELLA TECNICA
La presente invenzione è relativa ad un sistema di scarico di un motore a combustione interna di tipo Diesel provvisto di un dispositivo di iniezione di un additivo. ARTE ANTERIORE
Le future normative internazionali relative al contenimento delle emissioni di gas inquinanti prodotti dalle automobili (le cosiddette norme "Euro5" ed "Euro6") prevedono un limite molto basso per le molecole N0Xche possono venire rilasciati nell'atmosfera.
Il rispetto di tali limiti è particolarmente critico soprattutto per i motori Diesel; per tale motivo, è stato suggerito di dotare il sistema di scarico di un motore Diesel di un ulteriore catalizzatore SCR (Selective Catalytic Reduction) per N0Xatto a convertire le molecole N0X (NO2 o NO) in azoto (N2)che è un gas inerte e acqua (3⁄40) . La reazione di riduzione delle molecole N0Xin azoto (N2)è difficile da ottenere senza l'utilizzo di un adeguato riducente che è stato generalmente individuato nell'ammoniaca (NH3). Il riducente deve essere iniettato all'interno del sistema di scarico ed a monte del catalizzatore SCR in modo da miscelarsi con i gas di scarico prima dell'ingresso nel catalizzatore SCR.
Tuttavia, immagazzinare ammoniaca all'interno di una automobile è sconsigliabile per evidenti motivi di sicurezza legati al fatto che l'ammoniaca è tossica. Di conseguenza, è stato proposto di immagazzinare ed iniettare una soluzione acquosa di urea, in quanto l'urea per effetto del calore dei gas di scarico e in parte anche per effetto catalitico si decompone in ammoniaca.
Un problema legato all'iniezione di una soluzione acquosa di urea nel sistema di scarico è legato al fatto che la decomposizione dell'urea determina la formazione anche di acido isocianico (HNCO), il quale potrebbe addensarsi e polimerizzare e quindi depositarsi sulle pareti interne del sistema di scarico formando delle incrostazioni solide difficilmente rimovibili. Inoltre, anche l'urea che si deposita sulle pareti interne del sistema di scarico può formare dei depositi solidi che formano delle incrostazioni solide difficilmente rimovibili .
Per evitare la polimerizzazione dell'acido isocianico prodotto dalla decomposizione dell'urea è stato proposto di inserire nel sistema di scarico ed in prossimità della zona di iniezione dell'urea un mescolatore, il quale formando della turbolenza nei gas di scarico impedisce l'addensamento localizzato dell'acido isocianico e quindi previene la polimerizzazione dell'acido isocianico stesso. Ovviamente, la presenza di un mescolatore che forma della turbolenza nei gas di scarico immediatamente prima dell'ingresso del gas di scarico stesso nel catalizzatore SCR aumenta anche l'efficienza del catalizzatore SCR in quanto rende più omogenea la dispersione del riducente (cioè dell'ammoniaca) nei gas di scarico.
La domanda di brevetto EP1514591A1 descrive un mescolatore, il quale è disposto in un sistema di scarico di un motore a combustione interna immediatamente a monte di un catalizzatore SCR che riceve i gas di scarico caldi miscelati ad additivi riducenti. Analogamente, anche le domande di brevetto EP1022048A1, DE10060808A1, W00107763A1, W09913972A1, WO99054 02A1 , WO99054 01A1, EP1748162A1, DEI 0248294A1 , W00009869A1, W0200507352 4A1, W00112301A1, EP0526392A1, EP0894523A1 descrivono sistemi di scarico provvisti di mescolatori disposti in prossimità di iniettori di additivi riducenti.
Tuttavia, i mescolatori noti del tipo di quelli sopra descritti presentano l'inconveniente di non presentare un bilanciamento ottimale tra le esigenze contrapposte di efficacia (cioè di garantire un adeguato mescolamento dei gas di scarico) e di efficienza (cioè di limitare le perdite di carico nei gas di scarico) . In altre parole, i mescolatori noti del tipo di quelli sopra descritti o presentano una bassa efficacia (cioè non garantiscono un adeguato mescolamento dei gas di scarico) oppure presentano una bassa efficienza (cioè provocano perdite di carico elevate nei gas di scarico).
DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE
Scopo della presente invenzione è fornire un sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo di iniezione di un additivo, il quale sistema di scarico sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, in particolare, sia di facile ed economica realizzazione .
Secondo la presente invenzione viene fornito un sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo di iniezione di un additivo, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:
• la figura 1 è una vista schematica di un sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo di iniezione di un additivo e realizzato in accordo con la presente invenzione;
• le figure 2-4 sono rispettive viste schematiche ed in prospettiva di un mescolatore del sistema di scarico della figura 1 inserito all'interno di un condotto di scarico;
• le figure 5-7 sono rispettive viste schematiche ed in prospettiva del mescolatore delle figure 2-4; e
• le figure 8-11 sono rispettivamente una vista schematica e dal basso, una vista schematica dall'alto, una vista schematica ed anteriore, ed una vista schematica e posteriore del mescolatore delle figure 2-4.
FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL'INVENZIONE
Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un sistema di scarico di un motore 2 a combustione interna operante secondo il ciclo "Diesel" (cioè alimentato a gasolio o simili).
Il sistema 1 di scarico emette i gas prodotti dalla combustione nell'atmosfera e comprende un condotto 3 di scarico che si origina da un collettore 4 di scarico del motore 2 a combustione interna. Lungo il condotto 3 di scarico sono disposti un catalizzatore 5 ossidante ed un filtro 6 antiparticolato (a titolo di esempio non limitativo il catalizzatore 5 ossidante ed il filtro 6 antiparticolato sono disposti uno di seguito all'altro all'interno di uno stesso contenitore tubolare comune).
Inoltre, lungo il condotto 3 di scarico ed a valle (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico) del catalizzatore 5 ossidante è disposto un sistema 7 catalitico SCR (Selective Catalytic Reduction) per il post-trattamento delle molecole N0X(NO e N02). Il sistema 7 catalitico SCR può comprendere un unico catalizzatore 7 SCR come illustrato nella figura 1, oppure può comprendere un insieme (normalmente tre) di catalizzatori che ottimizzano insieme la funzione SCR per il post-trattamento delle molecole N0X.
A monte (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico) del sistema 7 catalitico, al condotto 3 di scarico è accoppiato un dispositivo 8 di iniezione, il quale è atto ad iniettare all'interno del condotto 3 di scarico stesso un additivo riducente ed in particolare una soluzione acquosa di urea (cioè una soluzione di urea e acqua). In uso, per effetto del calore dei qas di scarico presenti all'interno del condotto 3 di scarico l'urea iniettata all'interno del condotto 3 di scarico stesso si decompone spontaneamente in acido isocianico (HNCO) e ammoniaca (NH3), la quale ammoniaca opera come riducente all'interno del sistema 7 catalitico per facilitare la reazione di scomposizione delle molecole N0Xin azoto (N2)e acqua (H20).
Secondo quanto illustrato nelle fiqure 2-4, il condotto 3 di scarico presenta un asse 9 lonqitudinale ed è provvisto di una apertura 10 di iniezione passante ricavata attraverso una parete 11 laterale del condotto 3 di scarico stesso. Un condotto 12 di iniezione è colleqato al condotto 3 di scarico in corrispondenza della apertura 10 di iniezione, sfocia nel condotto 3 di scarico attraverso l'apertura 10 di iniezione, e forma un anqolo acuto con il condotto 3 di scarico (ovvero un asse lonqitudinale del condotto 12 di iniezione forma un anqolo acuto con l'asse 9 lonqitudinale del condotto 3 di scarico). In altre parole, il condotto 12 di iniezione costituisce una appendice laterale del condotto 3 di scarico che si eleva a sbalzo dalla parete 11 laterale del condotto 3 di scarico in corrispondenza della apertura 10 di iniezione. Il dispositivo 8 di iniezione è inserito all'interno del condotto 12 di iniezione dal lato opposto rispetto alla apertura 10 di iniezione per iniettare all'interno del condotto 3 di scarico stesso l'additivo riducente; di conseguenza, il sistema 7 catalitico è disposto lungo il condotto 3 di scarico a valle (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico) della apertura 10 di iniezione (ovvero a valle del dispositivo 8 di iniezione) .
Secondo quanto illustrato nelle figure 2-4, è previsto un mescolatore 13 statico, il quale è disposto all'interno del condotto 3 di scarico a monte (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico) della apertura 10 di iniezione (ovvero monte del dispositivo 8 di iniezione) . Il mescolatore 13 statico ha la funzione di generare delle turbolenze nei gas di scarico presenti all'interno del condotto 3 di scarico in modo da impedire l'addensamento localizzato dell'acido isocianico che si forma durante la decomposizione dell'urea e quindi prevenire la polimerizzazione dell'acido isocianico stesso ed anche in modo da aumentare l'efficienza del sistema 7 catalitico rendendo più omogenea la dispersione dell'ammoniaca nei gas di scarico.
Secondo quanto illustrato nelle figure 2-11, il mescolatore 13 statico comprende un corpo 14 di supporto tubolare che è coassiale al condotto 3 di scarico ed è fissato (tipicamente saldato oppure rivettato) ad una superficie interna della parete 11 laterale del condotto 3 di scarico. Il corpo 14 di supporto è coassiale al condotto 3 di scarico, ovvero il corpo 14 di supporto presenta un asse longitudinale coincidente con l'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico. Il corpo 14 di supporto presenta due bordi 15 anulari contrapposti, uno dei quali è disposto a monte (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico) e l'altro dei quali è disposto a valle (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico). Inoltre, il mescolatore 13 statico comprende tre alette 16 e 17 deviatrici che si estendono verso l'esterno del corpo 14 di supporto a partire da uno stesso bordo 15 anulare disposto a valle (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico), sono distanziate una dall'altra in modo da lasciare uno spazio vuoto tra due alette 16 o 17 deviatrici successive, e sono inclinate rispetto all'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico in modo da convergere verso l'asse 9 longitudinale stesso.
Il mescolatore 13 statico comprende tre e solo tre alette 16 e 17 deviatrici che si estendono tutte da uno stesso bordo 15 anulare del corpo 14 di supporto disposto a valle (rispetto al flusso dei gas di scarico lungo il condotto 3 di scarico). In particolare, il mescolatore 13 statico comprende due alette 16 deviatrici secondarie, le quali presentano la stessa dimensione e sono disposte nella metà del condotto 3 di scarico opposta alla apertura 10 di iniezione (ovvero nella metà del condotto 3 di scarico non contenente l'apertura 10 di iniezione), ed una aletta 17 deviatrice principale, la quale presenta una dimensione maqqiore rispetto alle due alette 16 deviatrici secondarie ed è disposta nella metà del condotto 3 di scarico prossima all'apertura 10 di iniezione (ovvero nella metà del condotto 3 di scarico contenente l'apertura 10 di iniezione) . Il mescolatore 13 statico è disposto a monte (rispetto al flusso dei qas di scarico lunqo il condotto 3 di scarico) ed in prossimità della apertura 10 di iniezione in modo tale che l'aletta 17 deviatrice principale si estenda all'interno del condotto 3 di scarico in corrispondenza della apertura 10 di iniezione. In altre parole, l'aletta 17 deviatrice principale presenta una estremità esterna che è fissata al bordo 15 del corpo 14 di supporto in prossimità del limitare della apertura 10 di iniezione ed una estremità interna che è libera (ovvero non è colleqata a nessun altro elemento) ed è disposta in corrispondenza della luce della apertura 10 di iniezione.
Ciascuna aletta 16 e 17 deviatrice del mescolatore 13 statico presenta una forma trapezoidale isoscele avente una base maggiore collegata al bordo 15 anulare del corpo 14 di supporto ed una base minore libera che si protende all'interno del condotto 3 di scarico. La base minore libera (o estremità libera) della aletta 17 deviatrice principale è disposta oltre la mezzeria del condotto 3 di scarico (definita dall'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico); ovvero l'aletta 17 deviatrice principale presenta una estensione radiale (cioè misurata perpendicolarmente all'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico) maggiore del raggio interno del condotto 3 di scarico. Invece, le basi minori (o estremità libere) delle alette 16 deviatrici secondarie sono disposte prima della mezzeria del condotto 3 di scarico (definita dall'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico); ovvero le alette 16 deviatrici secondarie presentano una estensione radiale (cioè misurata perpendicolarmente all'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico) minore del raggio interno del condotto 3 di scarico.
Secondo una preferita forma di attuazione, le tre alette 16 e 17 deviatrici sono simmetricamente distribuite attorno all'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico e l'aletta 17 deviatrice principale del mescolatore 13 statico è allineata con l'apertura 10 di iniezione in modo tale da essere disposta simmetricamente rispetto all'apertura 10 di iniezione stessa; in questo modo viene garantita una buona simmetrica del mescolatore 13 statico che quindi non crea percorsi preferenziali lungo i quali si potrebbe concentrare una eccessiva quantità di gas di scarico.
Secondo una preferita forma di attuazione, l'aletta 17 deviatrice principale del mescolatore 13 statico presenta una maggiore estensione assiale (cioè misurata lungo l'asse 9 longitudinale del condotto 3 di scarico) rispetto alle due alette 16 deviatrici secondarie; inoltre, l'aletta 17 deviatrice principale del mescolatore 13 statico presenta una maggiore estensione circonferenziale (cioè misurata lungo il bordo 15 anulare del corpo 14 di supporto) rispetto alle due alette 16 deviatrici secondarie.
Secondo una preferita forma di attuazione, ciascuna aletta 16 e 17 deviatrice forma con il corpo 10 tubolare un angolo compreso tra 30° e 60° e, tipicamente, di circa 45°.
Il mescolatore 13 statico può venire realizzato stampando una lamiera piana per definire le alette 16 e 17 deviatrici, quindi ripiegando la lamiera stampata attorno ad una anima cilindrica per conferire alla lamiera stampata stessa una forma tubolare che viene stabilizzata mediante saldatura o rivettatura; a questo punto le alette 16 e 17 deviatrici vengono ripiegate verso l'asse di simmetria centrale per assumere la configurazione desiderata. In alternativa, il mescolatore 13 statico può venire realizzato stampando un corpo tubolare di lamiera per definire le alette 16 e 17 deviatrici e quindi ripiegando le alette 16 e 17 deviatrici verso l ' asse di simmetria centrale per assumere la configurazione desiderata .
Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, il dispositivo 8 di iniezione è disposto a monte del catalizzatore 5 ossidante per iniettare all ' interno del condotto 3 di scarico del combustibile ( ad esempio gasolio ) che brucia all ' interno del catalizzatore 5 ossidante per aumentare la temperatura interna del catalizzatore 5 ossidante stesso durante un processo di rigenerazione del filtro 6 antiparticolato . In questo caso, il mescolatore 13 statico è disposto a monte del catalizzatore 5 ossidante .
Il mescolatore 13 statico sopra descritto presenta numerosi vantaggi, in quanto è di semplice ed economica realizzazione, è particolarmente robusto (quindi presenta una vita operativa elevata ed un rischio di rotture molto basso) e soprattutto presenta un bilanciamento ottimale tra le esigenze contrapposte di efficacia (cioè di garantire un adeguato mescolamento dei gas di scarico) e di efficienza (cioè di provocare perdite di carico limitate nei gas di scarico) . In altre parole, il mescolatore 13 statico sopra descritto presenta nel contempo una elevata efficacia (cioè garantisce un adeguato mescolamento dei gas di scarico) ed una elevata efficienza (cioè di provoca perdite di carico contenute nei gas di scarico) .
Claims (9)
1) Sistema (1) di scarico di un motore (2) a combustione interna; il sistema (1) di scarico comprende:
un condotto (3) di scarico che presenta un asse (9) longitudinale ed è provvisto di una apertura (10) di iniezione passante ricavata attraverso una parete (11) laterale del condotto (3) di scarico stesso;
un condotto (12) di iniezione che è collegato al condotto (3) di scarico in corrispondenza della apertura (10) di iniezione, sfocia nel condotto (3) di scarico attraverso l'apertura (10) di iniezione, e forma un angolo acuto con l'asse (9) longitudinale del condotto (3) di scarico;
almeno un sistema (7) catalitico che è disposto lungo il condotto (3) di scarico a valle della apertura (10) di iniezione;
un dispositivo (8) di iniezione, il quale è inserito all'interno del condotto (12) di iniezione dal lato opposto rispetto alla apertura (10) di iniezione per iniettare all'interno del condotto (3) di scarico un additivo attraverso l'apertura (10) di iniezione stessa; ed
un mescolatore (13) statico, il quale è disposto all'interno del condotto (3) di scarico a monte della apertura (10) di iniezione e comprende un corpo (14) di supporto tubolare presentante due bordi (15) anulari contrapposti, ed una pluralità di alette (16, 17) deviatrici che si estendono verso l'esterno del corpo (14) di supporto a partire da uno stesso bordo (15) anulare, sono distanziate una dall'altra in modo da lasciare uno spazio vuoto tra due alette (16, 17) deviatrici successive, e sono inclinate rispetto all'asse (9) longitudinale del condotto (3) di scarico in modo da convergere verso l'asse (9) longitudinale stesso;
il sistema (1) di scarico è caratterizzato dal fatto che:
a)il mescolatore (13) statico comprende tre e solo tre alette (16, 17) deviatrici che si estendono tutte da uno stesso bordo (15) anulare del corpo (14) di supporto disposto a valle;
b) il mescolatore (13) statico comprende due alette (16) deviatrici secondarie, le quali presentano la stessa dimensione e sono disposte nella metà del condotto (3) di scarico opposta alla apertura (10) di iniezione, ed una aletta (17) deviatrice principale, la quale presenta una dimensione maggiore rispetto alle due alette (16) deviatrici secondarie ed è disposta nella metà del condotto (3) di scarico prossima all'apertura (10) di iniezione; ed
c)il mescolatore (13) statico è disposto a monte ed in prossimità della apertura (10) di iniezione in modo tale che l'aletta (17) deviatrice principale si estenda all'interno del condotto (3) di scarico in corrispondenza della apertura (10) di iniezione .
2) Sistema (1) di scarico secondo la rivendicazione 1, in cui l'aletta (17) deviatrice principale del mescolatore (13) statico è allineata con l'apertura (10) di iniezione in modo tale da essere disposta simmetricamente rispetto all'apertura (10) di iniezione stessa.
3) Sistema (1) di scarico secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l'aletta (17) deviatrice principale del mescolatore (13) statico presenta una maggiore estensione assiale rispetto alle due alette (16) deviatrici secondarie .
4) Sistema (1) di scarico secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l'aletta (17) deviatrice principale del mescolatore (13) statico presenta una maggiore estensione circonferenziale rispetto alle due alette (16) deviatrici secondarie .
5) Sistema (1) di scarico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui le tre alette (16, 17) deviatrici sono simmetricamente distribuite attorno all'asse (9) longitudinale del condotto (3) di scarico.
6) Sistema (1) di scarico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui ciascuna aletta (16, 17) deviatrice del mescolatore (13) statico presenta una forma trapezoidale isoscele avente una base maggiore collegata al bordo (15) anulare del corpo (14) di supporto ed una base minore libera che si protende all'interno del condotto (3) di scarico.
7) Sistema (1) di scarico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui ciascuna aletta (16, 17) deviatrice forma con il corpo (10) tubolare un angolo compreso tra 30° e 60°.
8) Sistema (1) di scarico secondo la rivendicazione 7, in cui ciascuna aletta (16, 17) deviatrice forma con il corpo (10) tubolare un angolo di circa 45°.
9) Sistema (1) di scarico secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui:
l'aletta (17) deviatrice principale presenta una estensione radiale maggiore del raggio interno del condotto (3) di scarico; e
le alette (16) deviatrici secondarie presentano una estensione radiale minore del raggio interno del condotto (3) di scarico.
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| IT000533A ITBO20110533A1 (it) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | Sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo di iniezione di un additivo |
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| ITBO20110533A1 true ITBO20110533A1 (it) | 2013-03-17 |
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ID=45464664
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| IT000533A ITBO20110533A1 (it) | 2011-09-16 | 2011-09-16 | Sistema di scarico di un motore a combustione interna provvisto di un dispositivo di iniezione di un additivo |
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| IT (1) | ITBO20110533A1 (it) |
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2011
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