ITRE20060047A1 - EXHAUST SYSTEM FOR EXHAUST GAS OF INTERNAL COMBUSTION ENGINES - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del Brevetto Italiano per Invenzione Industriale dal titolo: of the Italian Patent for Industrial Invention entitled:
"IMPIANTO DI SCAPPAMENTO PER I GAS DI SCARICO "EXHAUST SYSTEM FOR EXHAUST GASES
DI MOTORI A COMBUSTIONE OF COMBUSTION ENGINES
INTERNA" INTERNAL "
La presente invenzione si riferisce ad un inpianto di scappamento per i gas di scarico di motori a combustione interna, tipicamente di motori Diesel. The present invention relates to an exhaust system for the exhaust gases of internal combustion engines, typically of Diesel engines.
Più in particolare, essa attiene ad un impianto di scappamento che conprende almeno un filtro antiparticolato, il quale è atto a trattenere il particolato che viene lasciato passare dai convenzionali dispositivi di trattamento dei gas posti a monte del filtro stesso. More particularly, it relates to an exhaust system which comprises at least one anti-particulate filter, which is adapted to retain the particulate which is allowed to pass by the conventional gas treatment devices placed upstream of the filter itself.
Come è noto, una delle maggiori fonti di inquinamento dei motori Diesel per autotrazione, tipicamente di autobus ed autovetture, è l'emissione in atmosfera, attraverso i gas di scarico, del particolato, ossia di un insieme di polveri e particelle carboniose incombuste, ossidi metallici e simili, che restano sospese in aria. Per abbattere l'emissione di particolato in atmosfera, si è assistito negli ultimi anni ad una costante evoluzione dei motori Diesel per autotrazione che, grazie a sofisticati sistemi di iniezione atti a migliorare la combustione del gasolio, hanno permesso di ridurre la produzione di particolato. As is known, one of the major sources of pollution of diesel engines for motor vehicles, typically of buses and cars, is the emission into the atmosphere, through the exhaust gases, of particulate matter, i.e. a set of dust and unburnt carbonaceous particles, oxides metallic and similar, which remain suspended in the air. In order to reduce the emission of particulate matter into the atmosphere, in recent years there has been a constant evolution of diesel engines for motor vehicles which, thanks to sophisticated injection systems designed to improve the combustion of diesel fuel, have made it possible to reduce the production of particulate matter.
Inoltre, sono stati messi a punto dei filtri antiparticolato di tipo passivo, fomibili sia come primo equipaggiamento sia come accessori, i quali sono destinati ad essere installati nel tratto terminale della linea di scarico, per trattenere il particolato e impedire il suo rilascio in atmosfera. In addition, passive particulate filters have been developed, fomible both as original equipment and as accessories, which are intended to be installed in the terminal section of the exhaust line, to retain the particulate and prevent its release into the atmosphere.
Generalmente detti filtri antiparticolato sono piuttosto delicati, e possono venire danneggiati quando attraversati da gas di scarico a temperatura e/o pressione superiori a determinati valori critici. Generally, said particulate filters are rather delicate, and can be damaged when crossed by exhaust gases at a temperature and / or pressure above certain critical values.
Per questa ragione, gli impianti di scarico che montano un filtro antiparticolato passivo conprendono di norma un ramo ausiliario posto a bypassare il filtro stesso, e mezzi atti a deviare il flusso dei gas di scarico all'interno di detto ramo ausiliario, quando la temperatura e/o la pressione dei gas a monte di essi superano prefissati valori limite. For this reason, exhaust systems fitted with a passive particulate filter usually include an auxiliary branch placed to bypass the filter itself, and means for diverting the flow of exhaust gases into said auxiliary branch, when the temperature is / or the pressure of the gases upstream of them exceed predetermined limit values.
Per la stessa ragione, inoltre, i filtri antiparticolato passivi non possono neppure essere rigenerati a bordo del veicolo, ma necessitano di essere smontati ogniqualvolta si intasano, per provvedere alla loro sostituzione. For the same reason, moreover, passive particulate filters cannot even be regenerated on board the vehicle, but need to be disassembled whenever they become clogged, in order to replace them.
Un inconveniente particolarmente sentito di questi filtri noti è nel fatto che essi si intasano piuttosto rapidamente, richiedendo quindi frequenti interventi di manutenzione, ed elevati tempi di inattività dei veicoli su cui sono installati. A particularly serious drawback of these known filters is in the fact that they become clogged rather quickly, thus requiring frequent maintenance interventions, and high downtime of the vehicles on which they are installed.
La richiedente ha tuttavia osservato che l'impiego del filtro antiparticolato risulta necessario soprattutto nell'utilizzo del veicolo in un ciclo urbano, dove i bassi regimi del motore, le frequenti accelerazioni e le numerose soste, comportano generalmente una peggiore combustione del gasolio e quindi una maggiore percentuale di particolato nei gas di scarico, e dove l'inquinamento risulta più dannoso a causa dell'elevata quantità di veicoli in circolazione e dell'elevata densità abitativa. However, the applicant noted that the use of the particulate filter is necessary above all in the use of the vehicle in an urban cycle, where the low engine speeds, the frequent accelerations and the numerous stops, generally lead to a worse combustion of the diesel fuel and therefore a higher percentage of particulate matter in the exhaust gases, and where pollution is more harmful due to the high number of vehicles in circulation and the high population density.
Viceversa, nell'utilizzo del veicolo in ciclo extraurbano, la necessità di filtrare i gas di scarico è meno sentita, sia per la minor quantità di particelle incombuste emesse dai motori, sia per la minor concentrazione globale di inquinanti e di abitanti nelle zone attraversate. Conversely, in the use of the vehicle in an extra-urban cycle, the need to filter the exhaust gases is less felt, both due to the lower quantity of unburnt particles emitted by the engines, and to the lower overall concentration of pollutants and inhabitants in the areas crossed.
Lo scopo della presente invenzione è quello di rendere disponibile un inpianto di scappamento dei gas di scarico che consenta di utilizzare selettivamente il filtro antiparticolato solo quando necessario, aumentandone efficacemente la vita utile e superando così il citato inconveniente della tecnica nota. The object of the present invention is to make available an exhaust gas exhaust system which allows to selectively use the particulate filter only when necessary, effectively increasing its useful life and thus overcoming the aforementioned drawback of the prior art.
Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di raggiungere il menzionato obiettivo nell'ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo contenuto. A further object of the invention is to achieve the aforementioned objective in the context of a simple, rational and low-cost solution.
In senso generale, detti scopi sono raggiunti mediante un impianto di scappamento che comprende una linea di convogliamento dei gas di scarico, un filtro antiparticolato posto ad intercettare detta linea di convogliamento, un ramo ausiliario connesso con la linea di convogliamento per bypassare detto filtro antiparticolato, e mezzi deviatori per selettivamente deviare i gas di scarico entro detto ramo ausiliario. In a general sense, said purposes are achieved by means of an exhaust system which comprises a line for conveying the exhaust gases, a particulate filter placed to intercept said conveying line, an auxiliary branch connected to the conveying line to bypass said particulate filter, and diverting means for selectively diverting the exhaust gases into said auxiliary branch.
Secondo l'invenzione, l'impianto di scappamento comprende un sistema di controllo che comanda detti mezzi deviatori in funzione della localizzazione geografica del veicolo cui 1'inpianto di scappamento è associato. According to the invention, the exhaust system comprises a control system which controls said deviating means according to the geographical location of the vehicle with which the exhaust system is associated.
Più in particolare, detto sistema di controllo comanda i mezzi deviatori affinché il flusso dei gas di scarico sia impegnato a passare esclusivamente nel filtro antiparticolato durante i tragitti urbani, laddove il rilascio del particolato risulta maggiormente dannoso; mentre sia impegnato a passare esclusivamente nel ramo ausiliario di bypass durante i tragitti extraurbani. More particularly, said control system controls the deviating means so that the flow of the exhaust gases is engaged to pass exclusively into the particulate filter during urban journeys, where the release of the particulate is more harmful; while it is engaged to pass exclusively in the auxiliary bypass branch during extra-urban journeys.
In questo modo, viene efficacemente razionalizzato lo sfruttamento del filtro antiparticolato, la cui vita utile risulta conseguentemente aumentata. In this way, the exploitation of the particulate filter is efficiently rationalized, the useful life of which is consequently increased.
Secondo una preferita forma di attuazione dell'invenzione, il sistema di controllo comprende un dispositivo remoto According to a preferred embodiment of the invention, the control system comprises a remote device
indipendente dal veicolo, il quale è atto a interagire con un dispositivo di bordo collocato sul veicolo stesso per rilevare la localizzazione geografica di quest'ultimo, ad esempio mediante una tecnologia tipo "telepass", "citypass", satellitare o affini. independent from the vehicle, which is able to interact with an on-board device placed on the vehicle itself to detect the geographical location of the latter, for example by means of a technology such as "telepass", "citypass", satellite or similar.
In alternativa, il sistema di controllo può comprendere semplicemente un dispositivo di comando dei mezzi deviatori, il quale sia manualmente attivabile dal conducente. Alternatively, the control system can simply comprise a device for controlling the diverter means, which can be manually activated by the driver.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l'ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will become evident from reading the following description provided by way of non-limiting example, with the aid of the figures illustrated in the attached tables, in which:
- la figura 1 mostra schematicamente un impianto di scappamento conforme all'invenzione; Figure 1 schematically shows an exhaust system according to the invention;
- le figure 2 e 3 illustrano, in sezione longitudinale, il collettore di derivazione di figura 1, mostrato rispettivamente durante il funzionamento in ciclo urbano e durante il funzionamento in ciclo extraurbano. Figures 2 and 3 show, in longitudinal section, the branch manifold of Figure 1, shown respectively during operation in the urban cycle and during operation in the extra-urban cycle.
L'impianto di scappamento 6, oggetto della presente invenzione, comprende un'usuale linea di convogliamento 7 preposta a guidare i gas di scarico uscenti da un motore a combustione interna 8, tipicamente un motore Diesel, verso l'ambiente esterno. The exhaust system 6, object of the present invention, comprises a usual conveyance line 7 designed to guide the exhaust gases coming out of an internal combustion engine 8, typically a Diesel engine, towards the external environment.
Detta linea di convogliamento 7 è generalmente intercettata da una pluralità di dispositivi per il trattamento dei gas di scarico, ed i.n particolare, da una marmitta catalitica 9 e da un dispositivo silenziatore 10 atti ad essere attraversati in serie dal flusso dei gas di scarico. Said conveyance line 7 is generally intercepted by a plurality of devices for the treatment of the exhaust gases, and in particular, by a catalytic converter 9 and by a silencer device 10 suitable for being crossed in series by the flow of exhaust gases.
Di norma, il dispositivo silenziatore 10 è collocato a valle della marmitta catalitica 9, rispetto alla direzione di deflusso dei gas di scarico. Normally, the silencer device 10 is located downstream of the catalytic muffler 9, with respect to the direction of flow of the exhaust gases.
La linea di convogliamento 7 comprende inoltre un collettore di derivazione 60 a tre vie, provvisto di un condotto di ammissione 61 del gas di scarico, da cui si diramano un primo terminale di uscita 62 e un secondo terminale di uscita 63. The conveying line 7 also comprises a three-way branch manifold 60, provided with an inlet duct 61 for the exhaust gas, from which a first outlet terminal 62 and a second outlet terminal 63 branch off.
Detto collettore di derivazione 60 è collocato nel tratto terminale della linea di convogllamento 7, a valle della marmitta catalitica 9 e del dispositivo silenziatore 10, rispetto alla direzione di deflusso dei gas di scarico, oppure integrato nel dispositivo silenziatore 10 stesso. Said branch manifold 60 is located in the terminal portion of the conveying line 7, downstream of the catalytic converter 9 and of the silencer device 10, with respect to the direction of outflow of the exhaust gases, or integrated in the silencer device 10 itself.
Il primo terminale 62 del collettore 60 è intercettato da un filtro passivo 1, il quale è preposto a filtrare i gas di scarico per trattenere il particolato lasciato passare dai dispositivi di monte, ed in particolare, il particolato avente dimensioni inferiori a PM10, ossia classificabile tra le polveri sottili. The first terminal 62 of the manifold 60 is intercepted by a passive filter 1, which is designed to filter the exhaust gases in order to retain the particulate allowed to pass by the upstream devices, and in particular, the particulate having dimensions smaller than PM10, that is to say that can be classified among the fine powders.
Il secondo terminale 63 è invece sostanzialmente un ramo ausiliario che bypassa il detto filtro 1, in modo da impedire al flusso dei gas di scarico di attraversarlo. The second terminal 63, on the other hand, is substantially an auxiliary branch which bypasses said filter 1, so as to prevent the flow of exhaust gases from passing through it.
Nell'esempio mostrato, detto secondo terminale 63 è efferente direttamente in atmosfera, nel senso che sfocia all'esterno senza essere intercettato da nessun altro dispositivo di trattamento dei gas di scarico. In the example shown, said second terminal 63 is efferent directly into the atmosphere, in the sense that it flows outside without being intercepted by any other exhaust gas treatment device.
Conformemente all'invenzione, il collettore di derivazione 60 comprende mezzi deviatori atti a deviare selettivamente i gas di scarico verso il terminale 62 ovvero verso il terminale 63. According to the invention, the branch manifold 60 comprises diverter means adapted to selectively divert the exhaust gases towards the terminal 62 or towards the terminal 63.
Cane illustrato nelle figure 2 e 3, detti mezzi deviatori comprendono una valvola deviatrice ricavata direttamente all'interno del corpo del collettore di derivazione 60. As shown in Figures 2 and 3, said diverter means comprise a diverter valve formed directly inside the body of the branch manifold 60.
Tale valvola deviatrice è costituita essenzialmente da un corpo otturatore farfallato 64, imperniato all'interno del collettore 60, il quale è meccanicamente collegato a mezzi attuatori di per sé noti, ad esempio un motore elettrico, atti a muoverlo selettivamente tra una prima e una seconda posizione di lavoro. This diverter valve essentially consists of a throttle shutter body 64, hinged inside the manifold 60, which is mechanically connected to actuator means known per se, for example an electric motor, adapted to move it selectively between a first and a second working position.
Nella prima posizione di lavoro esso chiude completamente il secondo terminale 63 e apre il primo terminale 62 (v. fig.2), in modo che i gas di scarico attraversino esclusivamente il filtro antiparticolato 1; mentre nella seconda posizione di lavoro esso apre il secondo terminale 63 e chiude completamente il primo terminale 62 (v. fig. In the first working position it completely closes the second terminal 63 and opens the first terminal 62 (see fig.2), so that the exhaust gases pass exclusively through the particulate filter 1; while in the second working position it opens the second terminal 63 and completely closes the first terminal 62 (see fig.
3), impegnando tutto il flusso dei gas di scarico a uscire direttamente in atmosfera. 3), engaging the entire flow of exhaust gases to exit directly into the atmosphere.
Secondo l'invenzione, gli spostamenti del corpo farfallato 64 sono comandati da un opportuno sistema di controllo (non mostrato), il quale è atto a rilevare la localizzazione geografica del veicolo cui l'impianto di scappamento 6 è associato, e a comandare di conseguenza i mezzi attuatori della valvola deviatrice. According to the invention, the displacements of the throttle body 64 are controlled by an appropriate control system (not shown), which is able to detect the geographical location of the vehicle to which the exhaust system 6 is associated, and to consequently control the actuator means of the diverter valve.
Più in particolare, il sistema di controllo è configurato in modo da disporre il corpo farfallato 64 nella prima posizione di lavoro, quando il veicolo si trova all'interno di un centro urbano, e da disporlo nella seconda posizione di lavoro, quando il veicolo si trova fuori dai centri urbani. More specifically, the control system is configured so as to arrange the throttle body 64 in the first working position, when the vehicle is inside an urban center, and to place it in the second working position, when the vehicle is located outside urban centers.
Secondo una preferita forma di attuazione dell'invenzione, il sistema di controllo della valvola deviatrice comprende un dispositivo remoto, esterno e indipendente dal veicolo, il quale è atto a interagire mediante segnali radio o altri segnali elettronici con un dispositivo di bordo posto sul veicolo stesso, per rilevare la localizzazione geografica di quest'ultimo. According to a preferred embodiment of the invention, the control system of the diverter valve comprises a remote device, external and independent from the vehicle, which is able to interact by means of radio signals or other electronic signals with an on-board device placed on the vehicle itself. , to detect the geographical location of the latter.
Preferibilmente, il dispositivo remoto è atto ad emettere i suddetti segnali, i quali vengono quindi captati e ricevuti dal dispositivo di bordo. Preferably, the remote device is able to emit the aforementioned signals, which are then picked up and received by the on-board device.
In particolare, detto dispositivo remoto può essere associato ad una stazione fissa, collocata ad esempio lungo una via d'accesso/d'uscita da un centro abitato, ed essere atto a rilevare con un sistema del tipo "telepass" o "citypass" il passaggio del veicolo in prossimità di detta stazione fissa. In particular, said remote device can be associated with a fixed station, located for example along an access / exit road from a built-up area, and be able to detect the passage of the vehicle near said fixed station.
In alternativa, detti dispositivo remoto e dispositivo di bordo possono altresì fare parte di un sistema di localizzazione satellitare del veicolo, in cui sia implementata un'apposita mappa della zona di spostamento del veicolo stesso, del tipo di quelli tipicamente utilizzati nei così detti "navigatori satellitari". Alternatively, said remote device and on-board device can also be part of a satellite localization system of the vehicle, in which a specific map of the vehicle's movement area is implemented, of the type typically used in the so-called "navigators. satellite ".
Infine, una forma di attuazione più semplice ma comunque efficace dell'invenzione, prevede che detto sistema di controllo della valvola deviatrice conprenda un organo di cariando manuale, ad esempio un apposito pulsante posto all'interno dell'abitacolo, il quale sia manualmente attivabile dal conducente. Finally, a simpler but still effective embodiment of the invention provides that said control system of the diverter valve includes a manual loading device, for example a special button placed inside the passenger compartment, which can be manually activated from the driver.
In questo caso, all'ingresso del centro urbano, il conducente del veicolo potrà manualmente commutare la valvola deviatrice nella posizione in cui costringe i gas di scarico ad attraversare il filtro 1; mentre all'uscita del centro urbano, potrà commutare la valvola nella posizione in cui fa passare i gas di scarico nel ramo ausiliario 63, direttamente verso l'uscita in atmosfera. In this case, at the entrance to the city center, the driver of the vehicle can manually switch the diverter valve to the position in which it forces the exhaust gases to pass through the filter 1; while at the exit of the urban center, the valve can be switched to the position in which it passes the exhaust gases in the auxiliary branch 63, directly towards the outlet into the atmosphere.
Preferibilmente, il sistema di controllo della vai deviatrice, di qualunque tipo esso sia, è completato da opportuni mezzi sensori (non illustrati) preposti a rilevare la pressione e/o la temperatura dei gas di scarico a monte del collettore 60. Preferably, the control system of the diverter valve, of whatever type it may be, is completed by suitable sensor means (not shown) designed to detect the pressure and / or temperature of the exhaust gases upstream of the manifold 60.
In questo modo, detto sistema di controllo impegna il corpo farfallato 64 a spostarsi nella seconda posizione di lavoro, ossia nella posizione in cui impedisce il passaggio dei gas di scarico nel filtro 1, qualora la temperatura e/o la pressione di questi ultimi risulti superiore ad un prestabilito valore di soglia; ciò, indipendentemente dalla localizzazione geografica del veicolo. In this way, said control system engages the throttle body 64 to move to the second working position, i.e. to the position in which it prevents the passage of the exhaust gases into the filter 1, if the temperature and / or pressure of the latter is higher. at a predetermined threshold value; this, regardless of the geographical location of the vehicle.
Tali valori di soglia hanno una valenza di sicurezza, nel senso che impediscono al filtro antiparticolato 1 di essere soggetto a pressioni e/o temperature interne troppo elevate, che potrebbero comportare il suo danneggiamento. These threshold values have a safety value, in the sense that they prevent the particulate filter 1 from being subjected to too high internal pressures and / or temperatures, which could cause its damage.
Ovviamente all'inpianto di scappamento 6 cane descritto, un tecnico del ramo potrà apportare numerose modifiche, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come sotto rivendicata. Obviously, a person skilled in the art can make numerous modifications to the exhaust system 6 described, without departing from the scope of the invention as claimed below.
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