ITTO970100A1 - DIESEL CYCLE COMBUSTION ENGINE, WITH EXHAUST GAS RECIRCULATION, EQUIPPED WITH A RECIRCULATING GAS MIXING DEVICE. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale dal titolo: DESCRIPTION of the patent for industrial invention entitled:

"Motore a combustione a ciclo Diesel, con ricircolo dei gas di scarico, provvisto di dispositivo miscelatore dei gas di ricircolo’', "Diesel cycle combustion engine, with recirculation of exhaust gases, equipped with a mixing device for recirculation gases '',

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ai motori a combustione a ciclo Diesel, del tipo noto comprendente : The present invention relates to diesel cycle combustion engines, of the known type comprising:

- una pluralità di cilindri in linea, - a plurality of in-line cylinders,

un collettore di aspirazione, avente un condotto di ingresso dell'aria di alimentazione del motore ed una pluralità di rami di uscita rispettivamente collegati ai cilindri del motore, - un collettore di scarico, per ricevere i gas di scarico in uscita dei cilindri del motore, e an intake manifold, having an inlet duct for the engine supply air and a plurality of outlet branches respectively connected to the engine cylinders, - an exhaust manifold, for receiving the exhaust gases exiting the engine cylinders, And

- un condotto di ricircolo dei gas di scarico, che collega il collettore di scarico con il condotto di ingresso del collettore di aspirazione. - an exhaust gas recirculation duct, which connects the exhaust manifold with the inlet duct of the intake manifold.

I motori del tipo sopra specificato consentono Motors of the type specified above allow

di ridurre in modo efficace le emissioni di ossidi to effectively reduce oxide emissions

di azoto, grazie al ricircolo di parte dei gas di of nitrogen, thanks to the recirculation of part of the gases

scarico nel collettore di aspirazione. Miscelando exhaust into the intake manifold. Mixing

gas di scarico e aria in aspirazione si riescono a exhaust gases and intake air are successful

ridurre sia il tenore di ossigeno, sia le reduce both the oxygen content and the

temperature massime durante la combustione, entrambi maximum temperatures during combustion, both

fattori determinanti per la formazione degli ossidi determining factors for the formation of oxides

di azoto. La riduzione del tenore di ossigeno nella of nitrogen. The reduction of the oxygen content in the

miscela aspirata provoca generalmente un aumento aspirated mixture generally causes an increase

della fumosità emessa dal motore. Per questo motivo of the smoke emitted by the engine. For this reason

occorre controllare attentamente il livello di it is necessary to carefully check the level of

ricircolo di gas di scarico. In particolare, occorre recirculation of exhaust gases. In particular, it is necessary

sia dosare correttamente il livello di ricircolo z≡ « globale, sia garantire una uniforme distribuzione both to correctly dose the global recirculation level z≡ «and to ensure uniform distribution

dei gas di ricircolo cilindro per cilindro. I of the recirculating gases cylinder by cylinder. THE

sistemi di controllo elettronico dei motori Diesel electronic control systems for diesel engines

attualmente noti sono in grado di assicurare bene la currently known are able to ensure the

prima funzione, ovvero il controllo del livello first function, namely level control

globale di ricircolo dei gas di scarico. La corretta global exhaust gas recirculation. The correct

distribuzione dei gas di ricircolo cilindro per distribution of cylinder recirculation gases for

cilindro è invece un problema di natura fluido cylinder, on the other hand, is a fluid problem

dinamica. I due gas (aria e gas di scarico) hanno dynamic. The two gases (air and exhaust) have

temperature e densità molto diverse e si miscelano very different temperatures and densities and mix

con difficoltà. Con riferimento alla figura 1 dei with difficulty. With reference to Figure 1 of

disegni annessi, che illustra schematicamente un accompanying drawings, which schematically illustrates a

motore Diesel con ricircolo dei gas di scarico di tipo noto, il numero 1 indica nel suo insieme un motore a ciclo Diesel comprendente una pluralità di cilindri, A, B, C, D, E in linea, che ricevono l'aria di alimentazione da rispettivi rami 3 di un collettore di aspirazione 4, avente un condotto di ingresso 5. Il numero di riferimento 6 indica nel suo insieme il collettore di scarico, comprendente una pluralità di rami 7 che ricevono i gas di scarico in uscita dai cilindri del motore e da cui si dirama un condotto di ricircolo dei gas di scarico 8 avente un'estremità collegata al collettore di scarico 6 (tramite una valvola di tipo noto, non illustrata, che viene controllata elettronicamente per garantire la corretta quantità di ricircolo dei gas di scarico) e l'altra estremità sfociante nel condotto di ingresso 5 del collettore di aspirazione 4. Come si vede, nelle soluzioni tradizionali, il flusso dei gas di ricircolo viene direttamente inserito all'inizio del collettore di aspirazione 4. Pertanto, i gas tendono a restare separati, soprattutto in condizioni di elevata velocità, dall'aria di alimentazione, rimanendo aderenti alla porzione di parete del condotto 5 situata dalla parte opposta rispetto al punto in cui sfocia il condotto 8. Essi tendono a lambire tale parete fino a giungere all'estremità opposta del collettore di aspirazione, senza miscelarsi con l'aria. Ne segue che i gas di scarico di ricircolo tendono a riempire maggiormente i cilindri del motore più lontani rispetto al punto in cui sfocia il condotto di ricircolo 8 e meno quelli ad essa più vicini. Tale soluzione è illustrata nel diagramma della figura 5 che indica la percentuale di ricircolo in ognuno dei cilindri per ogni valore medio del ricircolo dei gas di scarico nel motore. Le diverse linee del diagramma si riferiscono ai diversi cilindri e mostrano come il ricircolo dei gas di scarico sia minore nei cilindri più vicini al punto di confluenza del condotto di ricircolo 8. Diesel engine with known exhaust gas recirculation, number 1 indicates as a whole a Diesel cycle engine comprising a plurality of cylinders, A, B, C, D, E in line, which receive the supply air from respective branches 3 of an intake manifold 4, having an inlet duct 5. The reference number 6 indicates as a whole the exhaust manifold, comprising a plurality of branches 7 which receive the exhaust gases leaving the engine cylinders and from which an exhaust gas recirculation duct 8 branches off, having one end connected to the exhaust manifold 6 (by means of a valve of a known type, not shown, which is electronically controlled to ensure the correct amount of exhaust gas recirculation) and the other end leading into the inlet duct 5 of the intake manifold 4. As can be seen, in traditional solutions, the flow of recirculating gases is directly inserted at the beginning of the intake manifold. 4. Therefore, the gases tend to remain separated, especially in conditions of high speed, from the supply air, remaining adherent to the portion of the wall of the duct 5 located on the opposite side with respect to the point where the duct 8 opens. touching this wall until it reaches the opposite end of the intake manifold, without mixing with the air. It follows that the recirculating exhaust gases tend to fill the cylinders of the engine further away from the point where the recirculation duct 8 flows and less those closest to it. This solution is illustrated in the diagram of Figure 5 which indicates the percentage of recirculation in each of the cylinders for each average value of the recirculation of the exhaust gases in the engine. The different lines of the diagram refer to the different cylinders and show how the exhaust gas recirculation is lower in the cylinders closest to the confluence point of the recirculation duct 8.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare all'inconveniente sopra citato. The object of the present invention is to obviate the aforementioned drawback.

In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto un motore a combustione interna a ciclo Diesel del tipo indicato all'inizio, caratterizzato dal fatto che l'estremità del condotto di ricircolo dei gas di scarico che è collegata al collettore di aspirazione sfocia in una camera anulare circondante una porzione del condotto di ingresso del collettore di aspirazione e comunicante con questo attraverso una pluralità di aperture. In order to achieve this object, the invention relates to a Diesel cycle internal combustion engine of the type indicated at the beginning, characterized in that the end of the exhaust gas recirculation duct which is connected to the intake manifold it flows into an annular chamber surrounding a portion of the intake duct of the intake manifold and communicating with it through a plurality of openings.

Preferibilmente, le suddette aperture sono uniformemente distribuite lungo la parete circonferenziale di detta porzione del condotto di ingresso del collettore di aspirazione. Preferably, the aforesaid openings are uniformly distributed along the circumferential wall of said portion of the inlet duct of the intake manifold.

Grazie alle suddette caratteristiche, i gas di scarico che confluiscono nel collettore di aspirazione sono costretti a miscelarsi con l'aria in ingresso nel collettore di aspirazione prima di procedere ulteriormente verso i cilindri, per cui è garantita l'uniformità di ricircolo dei vari cilindri del motore. Thanks to the aforementioned characteristics, the exhaust gases that flow into the intake manifold are forced to mix with the air entering the intake manifold before proceeding further towards the cylinders, so that the uniformity of recirculation of the various cylinders of the motor.

In una forma preferita di attuazione, allo scopo di minimizzare le perdite di carico del collettore di aspirazione e di agevolare il flusso dei gas di ricircolo, la suddetta porzione del condotto di ingresso del collettore di aspirazione che è circondata dalla camera anulare in cui sfocia il condotto di ricircolo è realizzata in forma di condotto di Venturi. In a preferred embodiment, in order to minimize the pressure drops of the intake manifold and to facilitate the flow of recirculating gases, the aforementioned portion of the intake duct of the intake manifold which is surrounded by the annular chamber into which the recirculation duct is made in the form of a Venturi duct.

Si ottiene in tal modo, oltre al miglioramento della distribuzione dei gas di ricircolo tra i cilindri, un aumento della capacità di ricircolo. Infatti, la depressione che si genera nella sezione ristretta del Venturi consente di aumentare la capacità di ricircolo dei gas di scarico senza l'aggiunta di ulteriori dispositivi (esempio valvole a farfalla nel collettore di aspirazione) come a volte viene fatto secondo la tecnica nota. Un'ulteriore vantaggio della suddetta soluzione consiste nella riduzione del rumore proveniente dall'aspirazione, vantaggio che costituisce una caratteristica nota dei Venturi posizionati all'ingresso del collettore. In this way, in addition to improving the distribution of the recirculation gases between the cylinders, an increase in the recirculation capacity is obtained. In fact, the depression that is generated in the restricted section of the Venturi makes it possible to increase the recirculation capacity of the exhaust gases without the addition of further devices (eg throttle valves in the intake manifold) as is sometimes done according to the known art. A further advantage of the aforesaid solution consists in the reduction of the noise coming from the intake, an advantage which is a known characteristic of the Venturi positioned at the inlet of the manifold.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui: Further characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description with reference to the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:

la figura 1 è una vista schematica di un motore Diesel secondo la tecnica nota, Figure 1 is a schematic view of a Diesel engine according to the prior art,

la figura 2 è una vista schematica di un esempio di attuazione del motore secondo l'invenzione, Figure 2 is a schematic view of an example of embodiment of the engine according to the invention,

la figura 3 è una vista in sezione in scala ampliata del dispositivo miscelatore facente parte del motore secondo l'invenzione, secondo una forma preferita di attuazione, Figure 3 is a sectional view on an enlarged scale of the mixing device forming part of the engine according to the invention, according to a preferred embodiment,

la figura 4 illustra una variante del dispositivo miscelatore, Figure 4 illustrates a variant of the mixing device,

la figura 5 è un diagramma che illustra la distribuzione dei gas di ricircolo nei vari cilindri di un motore secondo la tecnica nota, e Figure 5 is a diagram illustrating the distribution of the recirculating gases in the various cylinders of an engine according to the prior art, and

la figura 6 è un diagramma analogo a quello della figura 5 che illustra la medesima situazione nel caso del motore secondo l’invenzione. Figure 6 is a diagram similar to that of Figure 5 which illustrates the same situation in the case of the engine according to the invention.

Nella figura 2, le parti corrispondenti a quelle della figura 1 più sopra descritta sono indicate con lo stesso numero di riferimento. Come risulta immediato da un confronto di tali figure, la caratteristica principale del motore secondo l'invenzione risiede nel fatto che il condotto 8 di ricircolo dei gas di scarico non sfocia direttamente nel condotto di ingresso 5 del collettore di aspirazione 4, come nel caso del motore secondo la tecnica nota illustrato nella figura 1. Nel caso del motore secondo l’invenzione illustrato nella figura 2, il condotto 8 sfocia in una camera anulare 9 circondante una porzione 10 del condotto 5. La camera anulare 9 comunica col passaggio interno del condotto 10 attraverso una pluralità di aperture 11 (vedere anche figura 3) uniformemente distribuite in direzione circonferenziale. In tal modo, i gas di scarico provenienti dal condotto 8 sono costretti a miscelarsi con l'aria di alimentazione in ingresso nel collettore 4 prima di proseguire verso i cilindri del motore, per cui l'uniforme ripartizione di gas di scarico nei vari cilindri è assicurata. In Figure 2, the parts corresponding to those of Figure 1 described above are indicated with the same reference number. As is immediately apparent from a comparison of these figures, the main feature of the engine according to the invention lies in the fact that the exhaust gas recirculation duct 8 does not lead directly into the inlet duct 5 of the intake manifold 4, as in the case of the engine according to the prior art illustrated in Figure 1. In the case of the engine according to the invention illustrated in Figure 2, the duct 8 opens into an annular chamber 9 surrounding a portion 10 of the duct 5. The annular chamber 9 communicates with the internal passage of the duct 10 through a plurality of openings 11 (see also Figure 3) uniformly distributed in the circumferential direction. In this way, the exhaust gases coming from the duct 8 are forced to mix with the supply air entering the manifold 4 before continuing towards the engine cylinders, so that the uniform distribution of exhaust gases in the various cylinders is insured.

Come visibile nella figura 2 e nella figura 3, la forma preferita di attuazione dell'invenzione prevede un condotto 10 realizzato in forma di Venturi. In tal modo, come già sopra indicato, vengono minimizzate le perdite di carico nel collettore di aspirazione e si agevola il flusso dei gas di ricircolo. La sezione minima del condotto di Venturi viene dimensionata in modo da non penalizzare l'efficienza volumetrica del motore e quindi non ridurre le prestazioni massime. As can be seen in Figure 2 and Figure 3, the preferred embodiment of the invention provides a duct 10 made in the form of a Venturi. In this way, as already indicated above, the pressure drops in the intake manifold are minimized and the flow of recirculating gases is facilitated. The minimum section of the Venturi duct is sized so as not to penalize the volumetric efficiency of the motor and therefore not to reduce the maximum performance.

La figura 3 illustra il caso in cui il condotto di Venturi 10 è costituito da un inserto montato entro una sezione 12 del collettore di aspirazione, in cui è ricavato un foro trasversale 13 per l'inserimento del condotto di ricircolo 8. E' evidente tuttavia che il condotto di Venturi 10 potrebbe essere realizzato integrale nel collettore di aspirazione. Ancora, nell'esempio illustrato nella figura 3, le aperture 11 sono in numero di quattro, estendentesi ciascuna per un arco di poco meno di 90° nella direzione circonferenziale della sezione ristretta del condotti di Venturi 10. E' evidente, tuttavia, che qualsiasi altra conformazione del condotto 10 e delle aperture 11 è possibile. Figure 3 illustrates the case in which the Venturi duct 10 consists of an insert mounted within a section 12 of the intake manifold, in which a transverse hole 13 is obtained for the insertion of the recirculation duct 8. However, it is evident that the Venturi duct 10 could be made integral in the intake manifold. Again, in the example illustrated in Figure 3, the openings 11 are four in number, each extending for an arc of just under 90 ° in the circumferential direction of the restricted section of the Venturi ducts 10. It is evident, however, that any another conformation of the duct 10 and of the openings 11 is possible.

A titolo di esempio, la figura 4 riporta il caso di un condotto 10 che non è in forma di Venturi e che presenta una pluralità di aperture circolari 11 angolarmente distribuite nella direzione circonferenziale. By way of example, Figure 4 shows the case of a duct 10 which is not in the form of a Venturi and which has a plurality of circular openings 11 angularly distributed in the circumferential direction.

La figura 6 è un diagramma corrispondente a quello della figura 5 già sopra descritto, che è stato costruito sperimentando il motore secondo l'invenzione. Come si vede, le linee corrispondenti al ricircolo dei gas di scarico nei vari cilindri del motore sono sostanzialmente coincidenti. Figure 6 is a diagram corresponding to that of Figure 5 already described above, which was constructed by experimenting with the engine according to the invention. As can be seen, the lines corresponding to the recirculation of the exhaust gases in the various cylinders of the engine are substantially coincident.

Come risulta evidente dalla descrizione che precede, il motore secondo l'invenzione consente pertanto di risolvere in modo semplice ed efficace il problema dell'uniforme distribuzione del ricircolo dei gas di scarico nei vari cilindri di un motore Diesel permettendo inoltre, nel caso della forma preferita di attuazione che utilizza un condotto di venturi, l'ottenimento di un aumento di una capacità di ricircolo, per effetto della depressione che si genera nella sezione ristretta del Venturi, senza l'aggiunta di ulteriori dispositivi, ed insieme ad una riduzione del rumore proveniente dall'aspirazione. As is evident from the foregoing description, the engine according to the invention therefore allows the problem of the uniform distribution of the exhaust gas recirculation in the various cylinders of a Diesel engine to be solved in a simple and effective way. which uses a venturi duct, the achievement of an increase in a recirculation capacity, due to the effect of the depression that is generated in the restricted section of the Venturi, without the addition of further devices, and together with a reduction of the noise coming from aspiration.

Naturalmente, fermo restando al principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. Naturally, without prejudice to the principle of the invention, the details of construction and the embodiments may vary widely with respect to those described and illustrated purely by way of example, without thereby departing from the scope of the present invention.

Claims (3)

RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna a ciclo Diesel, comprendente: - una pluralità di cilindri in linea (A-E), - un collettore,di aspirazione (4), avente un condotto di ingresso (5) dell'aria di alimentazione del motore ed una pluralità di rami di uscita (3) rispettivamente collegati ai cilindri del motore (A-E), - un collettore di scarico (6), per ricevere i gas di scarico in uscita dei cilindri del motore, e un condotto (8) di ricircolo dei gas di scarico, che collega il collettore di scarico (6) con il condotto di ingresso (5) del collettore di aspirazione (4), caratterizzato dal fatto che l'estremità del condotto (8) di ricircolo dei gas di scarico che è collegata al collettore di aspirazione (4) sfocia in una camera anulare (9) circondante una porzione (10) del condotto di ingresso (5) del collettore di aspirazione (4) e comunicante con questo attraverso una pluralità di aperture (11). CLAIMS 1. Diesel cycle internal combustion engine, comprising: - a plurality of in-line cylinders (A-E), - an intake manifold (4), having an inlet duct (5) for the engine supply air and a plurality of outlet branches (3) respectively connected to the cylinders of the engine (A-E), - an exhaust manifold (6), to receive the exhaust gases leaving the engine cylinders, and an exhaust gas recirculation duct (8), which connects the exhaust manifold (6) with the inlet duct ( 5) of the intake manifold (4), characterized in that the end of the exhaust gas recirculation duct (8) which is connected to the intake manifold (4) flows into an annular chamber (9) surrounding a portion (10) of the inlet duct (5) of the intake manifold (4) and communicating with it through a plurality of openings (11). 2. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che le suddette aperture (11) sono uniformemente distribuite lungo la parete circonferenziale di detta porzione (10) del condotto di ingresso (5) del collettore di aspirazione (4). Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the aforesaid openings (11) are uniformly distributed along the circumferential wall of said portion (10) of the inlet duct (5) of the intake manifold (4). 3. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la suddetta porzione di condotto (10) è in forma di condotto di Venturi. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati. 3. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the aforementioned portion of duct (10) is in the form of a Venturi duct. All substantially as described and illustrated and for the specified purposes.