ITTO20130262A1 - Sistema di raffreddamento di un fluido gassoso di aspirazione per un motore a combustione interna, integrato in un circuito di raffreddamento del motore - Google Patents

Sistema di raffreddamento di un fluido gassoso di aspirazione per un motore a combustione interna, integrato in un circuito di raffreddamento del motore

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ITTO20130262A1
ITTO20130262A1 IT000262A ITTO20130262A ITTO20130262A1 IT TO20130262 A1 ITTO20130262 A1 IT TO20130262A1 IT 000262 A IT000262 A IT 000262A IT TO20130262 A ITTO20130262 A IT TO20130262A IT TO20130262 A1 ITTO20130262 A1 IT TO20130262A1
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Cristiano Massano
Masaya Nakamura
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Description

"Sistema di raffreddamento di un fluido gassoso di aspirazione per un motore a combustione interna, integrato in un circuito di raffreddamento del motore"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce in generale ai sistemi per condizionare i fluidi gassosi (aria o miscele aria-gas di scarico di ricircolo) in ingresso nei motori a combustione interna sovralimentati.
Generalmente, per il raffreddamento dell’aria o miscele aria-gas di alimentazione dei motori a combustione interna à ̈ previsto un sistema di raffreddamento dedicato, dotato di una pompa per la circolazione del fluido di raffreddamento, e separato dall’impianto di raffreddamento del motore.
La presenza dei due circuiti comporta un elevato numero di componenti, la cui disposizione all’interno del vano motore può risultare oltremodo difficoltosa, nonché costi elevati di produzione. Tali problemi sono particolarmente sentiti nel caso delle auto compatte. Vi à ̈ pertanto l’esigenza di realizzare un’integrazione fra il circuito di raffreddamento del motore ed il circuito di raffreddamento dell’aria o miscela di aspirazione.
WO 03/042619 descrive un sistema di gestione dell’energia termica sviluppata da un motore a combustione interna, il quale può costituire una risposta all’esigenza suddetta. Una delle soluzioni descritte in WO 03/042619 comprende un modulo di scambio termico composto da una coppia di radiatori, uno per il circuito di raffreddamento del motore e l’altro per il circuito di raffreddamento dell’aria di aspirazione, disposti secondo una configurazione a doppio strato. A fronte di un unico ingresso per il fluido di raffreddamento, il modulo di scambio termico prevede due uscite distinte, una per il circuito di raffreddamento del motore e l’altra per il circuito di raffreddamento dell’aria di aspirazione. Pertanto, una parte del fluido che passa attraverso il primo radiatore attraversa anche il secondo radiatore. La circolazione del fluido all’interno del circuito di raffreddamento del motore e del circuito di raffreddamento dell’aria di aspirazione à ̈ garantita da rispettive pompe.
Un altro impianto di raffreddamento integrato, avente un’architettura simile a quella di WO 03/042619 ma con una singola pompa, à ̈ descritto in US 2009/0301411.
I sistemi sopra descritti possono essere più compatti rispetto a soluzioni in cui i due circuiti di raffreddamento sono completamente separati. Tuttavia, si desidera realizzare un’ulteriore integrazione fra circuito di raffreddamento del motore e circuito di raffreddamento dell’aria di aspirazione, per conseguire un’ulteriore riduzione di dimensioni e di costi.
Forma pertanto oggetto dell’invenzione un impianto di raffreddamento per un motore a combustione interna sovralimentato, comprendente un circuito provvisto di una pompa per far circolare un fluido di raffreddamento fra il motore a combustione interna ed un radiatore di raffreddamento che scambia calore con aria atmosferica esterna, detto radiatore di raffreddamento avendo un’uscita principale collegata ad un lato di aspirazione di detta pompa, detto impianto comprendendo inoltre una canalizzazione di raffreddamento di un fluido gassoso di aspirazione per detto motore, detta canalizzazione comprendendo un radiatore a bassa temperatura che scambia calore con aria atmosferica esterna, ed à ̈ collegato ad un’uscita secondaria di detto radiatore di raffreddamento, distinta da detta uscita principale, ed un raffreddatore che raffredda detto fluido gassoso di aspirazione mediante scambio termico con detto fluido di raffreddamento, collegato ad un’uscita di detto radiatore a bassa temperatura, un’uscita di detto raffreddatore essendo collegata al lato di aspirazione di detta pompa, a valle dell’uscita principale del radiatore di raffreddamento,
in cui detti radiatore di raffreddamento e radiatore a bassa temperatura sono combinati in un blocco di scambio termico a due passaggi, comprendente un primo ed un secondo collettore ed un fascio tubiero estendentesi fra detti collettori.
Nell’impianto secondo l’invenzione il circuito per il raffreddamento dell’aria di aspirazione del motore à ̈ quindi completamente integrato all’interno del circuito di raffreddamento del motore; di conseguenza, non à ̈ richiesta una pompa dedicata per il circuito di raffreddamento dell’aria proveniente dal compressore. Inoltre, una parte del fluido di raffreddamento per il raffreddamento del motore, dopo aver attraversato il radiatore di raffreddamento, passa anche attraverso il radiatore a bassa temperatura posizionato a valle del radiatore, all’interno dello stesso blocco di scambio termico. Tali accorgimenti, in combinazione, consentono di realizzare un sistema più compatto ed economico rispetto alle soluzioni note.
Forme di realizzazione preferite dell’invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti, che sono da intendersi come parte integrante della presente descrizione.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’impianto secondo l’invenzione diverranno più chiari con la seguente descrizione dettagliata di una forma di realizzazione del trovato, fatta con riferimento ai disegni allegati, forniti a titolo puramente illustrativo e non limitativo, in cui:
- la figura 1 illustra schematicamente una prima forma di realizzazione di un impianto di raffreddamento per un motore a combustione interna sovralimentato secondo l’invenzione;
- la figura 2 illustra schematicamente una seconda forma di realizzazione di un impianto di raffreddamento per un motore a combustione interna sovralimentato secondo l’invenzione; e
- la figura 3 à ̈ una vista in prospettiva semplificata di un radiatore combinato utilizzabile nell’impianto di raffreddamento secondo l’invenzione.
Con riferimento alla figura 1, si descrive ora un esempio di un impianto di raffreddamento per un motore a combustione interna sovralimentato secondo l’invenzione, presentante un sistema integrato per il raffreddamento dell’aria/miscela di aspirazione del motore.
L’impianto di raffreddamento comprende un circuito di raffreddamento collegato ad un motore a combustione interna sovralimentato E per far circolare all’interno del motore un fluido di raffreddamento per il raffreddamento del motore. Il circuito di raffreddamento comprende convenzionalmente un radiatore di raffreddamento 10 provvisto di un ingresso 11 e di un’uscita principale 12, che scambia calore con aria atmosferica esterna, una canalizzazione di andata 20 collegata all’uscita principale 12 del radiatore 10, che porta il fluido di raffreddamento raffreddato dal radiatore di raffreddamento 10 al motore E, ed una canalizzazione di ritorno 30 collegata all’ingresso 11 del radiatore 10, che porta il fluido di raffreddamento in uscita dal motore E al radiatore di raffreddamento 10. Il circuito di raffreddamento à ̈ altrettanto convenzionalmente provvisto di una pompa 40 per far circolare il fluido di raffreddamento fra il motore a combustione interna E ed il radiatore di raffreddamento 10, il cui lato di aspirazione à ̈ collegato all’uscita principale 12 del radiatore di raffreddamento, il lato di mandata della pompa essendo collegato al motore E.
Convenzionalmente, il circuito di raffreddamento comprende inoltre una canalizzazione di bypass 50 per il warm-up del motore, talvolta includente un vaso di espansione 60, la quale à ̈ a monte collegata ad un’uscita di una valvola termostatica 70, una cui altra uscita à ̈ collegata con la canalizzazione di ritorno 30, ed a valle à ̈ collegata alla canalizzazione di andata 20.
Poiché il motore a combustione interna E à ̈ sovralimentato, à ̈ previsto un sistema per il trattamento di un fluido gassoso (aria o miscela aria-gas di scarico di ricircolo) per l’alimentazione di tale motore. Il flusso di tale fluido gassoso à ̈ indicato da una linea a tratto e punto nelle figure 1 e 2. Il sistema di trattamento del fluido gassoso comprende un compressore C, ed un raffreddatore 80 alimentato con un fluido di raffreddamento per uno scambio termico fra il fluido gassoso ed il fluido di raffreddamento. Secondo l’invenzione, tale fluido di raffreddamento che alimenta il raffreddatore 80 à ̈ lo stesso fluido di raffreddamento che circola nel circuito di raffreddamento del motore.
A tal fine, l’impianto di raffreddamento comprende inoltre una canalizzazione di raffreddamento 90 per raffreddare il fluido gassoso di aspirazione per il motore E. La canalizzazione di raffreddamento 90 comprende un radiatore a bassa temperatura 91 che scambia calore con aria atmosferica esterna, ed à ̈ disposto a valle del radiatore di raffreddamento 10. A tal fine, il radiatore di raffreddamento presenta un’uscita secondaria 92 (rappresentata nelle figure 1 e 2 da una freccia disegnata su uno dei collettori del radiatore) alla quale à ̈ collegato il radiatore a bassa temperatura 91.
Il radiatore di raffreddamento ed il radiatore a bassa temperatura sono combinati in un singolo blocco di scambio termico a due passaggi, consistente di un primo e di un secondo collettore e di un fascio tubiero estendentesi fra i collettori.
La canalizzazione di raffreddamento 90 comprende inoltre il raffreddatore 80, il quale à ̈ collegato ad un’uscita del radiatore a bassa temperatura 91. L’uscita del raffreddatore 80 à ̈ infine collegata alla canalizzazione di andata 20 del circuito di raffreddamento, ovvero al lato di aspirazione della pompa 40, a valle dell’uscita principale 12 del radiatore di raffreddamento 10.
Nella configurazione sopra descritta, una parte del fluido di raffreddamento che passa attraverso il radiatore di raffreddamento 10 passa anche attraverso il radiatore a bassa temperatura 91 per il raffreddamento del fluido gassoso proveniente dal compressore e destinato al motore. Fra il fluido gassoso dal compressore ed il fluido di raffreddamento vi à ̈ una sufficiente differenza temperatura per consentire un efficace raffreddamento del fluido gassoso compresso, di livello paragonabile ai sistemi con due circuiti separati, ma con una sola pompa.
In figura 2 à ̈ illustrato un secondo esempio di un impianto di raffreddamento per un motore a combustione interna sovralimentato secondo l’invenzione, presentante un sistema integrato per il raffreddamento dell’aria/miscela di aspirazione del motore. Ad elementi corrispondenti a quelli dell’esempio precedente sono assegnati gli stessi riferimenti numerici; tali elementi non verranno ulteriormente descritti.
L’esempio di figura 2 si differenzia dall’esempio di figura 1 per il fatto che il raffreddatore 80 comprende inoltre una sezione di preraffreddamento 180, per un preraffreddamento del fluido gassoso proveniente dal compressore. Tale sezione di preraffreddamento 180 à ̈ collegata ad una canalizzazione di preraffreddamento 190, la quale collega un ingresso ed un’uscita della sezione di preraffreddamento 180 alla canalizzazione di ritorno 30 del circuito di raffreddamento. I collegamenti dell’uscita e dell’ingresso della sezione di raffreddamento 180 alla canalizzazione di ritorno 30 sono disposti l’uno a valle dell’altro.
La figura 3 mostra un possibile modo di realizzazione di un blocco di scambio termico 100 utilizzabile nell’impianto secondo l’invenzione. In tale modo di realizzazione, il radiatore di raffreddamento 10 ed il radiatore a bassa temperatura 91 sono combinati nel blocco di scambio termico 100, il quale à ̈ configurato come uno scambiatore a due passaggi. Il blocco di scambio termico 100 comprende un primo ed un secondo collettore 110, 120 ed un fascio tubiero 130 estendentesi fra i collettori. Una parte del fascio tubiero, nel disegno la parte superiore, à ̈ dedicata al radiatore di raffreddamento 10, mentre la parte rimanente, nel disegno la parte inferiore, à ̈ dedicata al radiatore a bassa temperature 91. Una freccia A indica il flusso d’aria che investe il fascio tubiero dello scambiatore 100. Il primo collettore 110 à ̈ suddiviso, mediante un setto interno 111, in una sezione di ingresso 112 per l’ingresso del fluido di raffreddamento nel radiatore di raffreddamento 10, ed in una sezione d’uscita 113 per l’uscita del fluido di raffreddamento dal radiatore a bassa temperatura 91. Sul secondo collettore 120 sono ricavate l’uscita principale 12 e l’uscita secondaria 92 del radiatore di raffreddamento 10; l’uscita secondaria 92 in questo esempio coincide di fatto con l’ingresso del radiatore a bassa temperatura 91. L’uscita secondaria 92 à ̈ ricavata come un passaggio all’interno del secondo collettore 120, ed à ̈ in pratica disposta ad una quota corrispondente al setto 111 del primo collettore. Il fluido termovettore che entra nella sezione di ingresso 112 si distribuisce nella parte di fascio tubiero del radiatore di raffreddamento 10 fino ad arrivare al secondo collettore 120. Qui, una parte del fluido di raffreddamento esce attraverso l’uscita principale 12, e la parte restante passa attraverso l’uscita secondaria 92 per distribuirsi attraverso la parte di fascio tubiero del radiatore a bassa temperatura 91. Il fluido di raffreddamento attraversa tale parte in direzione opposta rispetto alla parte di fascio tubiero del radiatore di raffreddamento 10, fino a raggiungere la sezione di uscita 113 del primo collettore 110.
Benché la configurazione rappresentata in figura 3 sia preferibile per le sue dimensioni relativamente compatte e per il ridotto numero di componenti, l’invenzione comprende anche una configurazione in cui il radiatore di raffreddamento 10 ed il radiatore a bassa temperatura 91 siano due entità strutturalmente separate.

Claims (3)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Impianto di raffreddamento per un motore a combustione interna (E) sovralimentato, comprendente un circuito provvisto di una pompa (40) per far circolare un fluido di raffreddamento fra il motore a combustione interna (E) ed un radiatore di raffreddamento (10) che scambia calore con aria atmosferica esterna, detto radiatore di raffreddamento avendo un’uscita principale (12) collegata ad un lato di aspirazione di detta pompa, detto impianto comprendendo inoltre una canalizzazione (90) di raffreddamento di un fluido gassoso di aspirazione per detto motore, detta canalizzazione comprendendo un radiatore a bassa temperatura (91) che scambia calore con aria atmosferica esterna, ed à ̈ collegato ad un’uscita secondaria (92) di detto radiatore di raffreddamento, distinta da detta uscita principale, ed un raffreddatore (80) che raffredda detto fluido gassoso di aspirazione mediante scambio termico con detto fluido di raffreddamento, collegato ad un’uscita di detto radiatore a bassa temperatura, un’uscita di detto raffreddatore essendo collegata al lato di aspirazione di detta pompa, a valle dell’uscita principale (12) del radiatore di raffreddamento (10); detto impianto essendo caratterizzato dal fat to che detti radiatore di raffreddamento e radiatore a bassa temperatura sono combinati in un blocco di scambio termico (100) a due passaggi, comprendente un primo ed un secondo collettore (110, 120) ed un fascio tubiero (130) estendentesi fra detti collettori.
  2. 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui detto raffreddatore comprende inoltre una sezione di preraffreddamento (180), avente un ingresso ed un’uscita collegati, l’uno a valle dell’altro, ad una canalizzazione di ritorno (30) del circuito di raffreddamento collegata ad un ingresso (11) del radiatore di raffreddamento (10).
  3. 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto primo collettore à ̈ suddiviso in una sezione di ingresso (112) per l’ingresso del fluido di raffreddamento nel radiatore di raffreddamento (10), ed una sezione d’uscita (113) per l’uscita del fluido di raffreddamento dal radiatore a bassa temperatura (91), e detto secondo collettore presenta dette uscita principale ed uscita secondaria del radiatore di raffreddamento (10), detta uscita secondaria essendo ricavata come un passaggio all’interno del secondo collettore (120).
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