ITTO970100A1

ITTO970100A1 - Motore a combustione a ciclo diesel, con ricircolo dei gas di scarico, provvisto di dispositivo miscelatore dei gas di ricircolo.

Info

Publication number: ITTO970100A1
Application number: IT97TO000100A
Authority: IT
Inventors: Silvio Canale; Germano Bonetto
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 1997-02-11
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 1998-08-11
Also published as: EP0857870A2; EP0857870A3; IT1291509B1

Description

DESCRIZIONE del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"Motore a combustione a ciclo Diesel, con ricircolo dei gas di scarico, provvisto di dispositivo miscelatore dei gas di ricircolo’',

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai motori a combustione a ciclo Diesel, del tipo noto comprendente :

- una pluralità di cilindri in linea,

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

- un condotto di ricircolo dei gas di scarico, che collega il collettore di scarico con il condotto di ingresso del collettore di aspirazione.

I motori del tipo sopra specificato consentono

di ridurre in modo efficace le emissioni di ossidi

di azoto, grazie al ricircolo di parte dei gas di

scarico nel collettore di aspirazione. Miscelando

gas di scarico e aria in aspirazione si riescono a

ridurre sia il tenore di ossigeno, sia le

temperature massime durante la combustione, entrambi

fattori determinanti per la formazione degli ossidi

di azoto. La riduzione del tenore di ossigeno nella

miscela aspirata provoca generalmente un aumento

della fumosità emessa dal motore. Per questo motivo

occorre controllare attentamente il livello di

ricircolo di gas di scarico. In particolare, occorre

sia dosare correttamente il livello di ricircolo z≡ « globale, sia garantire una uniforme distribuzione

dei gas di ricircolo cilindro per cilindro. I

sistemi di controllo elettronico dei motori Diesel

attualmente noti sono in grado di assicurare bene la

prima funzione, ovvero il controllo del livello

globale di ricircolo dei gas di scarico. La corretta

distribuzione dei gas di ricircolo cilindro per

cilindro è invece un problema di natura fluido

dinamica. I due gas (aria e gas di scarico) hanno

temperature e densità molto diverse e si miscelano

con difficoltà. Con riferimento alla figura 1 dei

disegni annessi, che illustra schematicamente un

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.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare all'inconveniente sopra citato.

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.

Preferibilmente, le suddette aperture sono uniformemente distribuite lungo la parete circonferenziale di detta porzione del condotto di ingresso del collettore di aspirazione.

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.

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.

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.

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:

la figura 1 è una vista schematica di un motore Diesel secondo la tecnica nota,

la figura 2 è una vista schematica di un esempio di attuazione del motore secondo l'invenzione,

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,

la figura 4 illustra una variante del dispositivo miscelatore,

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

la figura 6 è un diagramma analogo a quello della figura 5 che illustra la medesima situazione nel caso del motore secondo l’invenzione.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims

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).
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).
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.