ITUD970028A1

ITUD970028A1 - Sistema per il raffreddamento rapido di motori in banchi di prova e relativo dispositivo

Info

Publication number: ITUD970028A1
Application number: IT97UD000028A
Authority: IT
Inventors: Mauro Zenobi
Original assignee: Angelantoni Ind
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 1998-08-10
Also published as: IT1291270B1; KR19980071209A; EP0857958A1; US5915343A; JPH10274598A

Description

Descrizione del trovato avente per titolo:

"SISTEMA PER IL RAFFREDDAMENTO RAPIDO DI MOTORI IN BANCHI DI PROVA E RELATIVO DISPOSITIVO"

CAMPO DI APPLICAZIONE

Forma oggetto del presente trovato un sistema per il raffreddamento rapido di motori in banchi di prova, nonché il dispositivo che concretizza tale sistema, come espressi nelle rispettive rivendicazioni principali

Il presente trovato si applica nel settore automo--bilistico per l’esecuzione di test in temperatura sui motori a combustione interna, siano essi a benzina o diesel.

Detti test vengono eseguiti principalmente, anche se non solo, allo scopo di migliorare le caratteristiche di avviamento del veicolo in condizioni di bassa temperatura e di ridurre le emissioni inquinanti dei gas prodotti nel tempo impiegato dal veicolo a raggiungere la temperatura di regime.

Il trovato consente di realizzare, durante 1'esecuzione di detti test, un raffreddamento del motore in tempi drasticamente più contenuti di quanto non si ottenga con i sistemi attualmente utilizzati, assicurando così una ingente riduzione dei tempi di attesa tra un test e l'altro e concretizzando una notevole riduzione dei costi operativi.

Il trovato assicura peraltro condizioni di assoluta sicurezza per il motore da possibili stress termici che ne possono danneggiare parti componenti od alterare il funzionamento.

STATO DELLA TECNICA

Nel settore automobilistico, ed in particolare nel settore della produzione di motori, è noto che detti motori vengono sottoposti a test di prova atti a verificarne il comportamento in condizioni che ne riproducono sostanzialmente le condizioni di effettivo funzionamento.

Detti test di prova vengono eseguiti in apposite attrezzature controllate almeno termicamente e comprendenti almeno un banco di prova.

In tali test di prova vengono riprodotte condizioni di lavoro che simulano sostanzialmente le reali condizioni operative ed ambientali a cui il motore è sottoposto durante il funzionamento.

Detti test sono estremamente importanti per la verifica della funzionalità globale del motore, permettendo di eseguire varie misurazioni di potenza, di consumi, di resistenza alle sollecitazioni, ecc.

In particolare, sono estremamente importanti i test eseguiti in temperatura, che servono per testare il funzionamento del motore anche nelle condizioni termiche estreme a cui il motore può essere sottoposto.

Tali test devono poter verificare il comportamento del motore nelle fasi di avvio a freddo, ed in particolare le sue emissioni inquinanti, essendo noto che un’altissima percentuale di gas inquinanti viene emessa durante l'avvio a freddo e nel tempo impiegato a raggiungere la temperatura di regime. I test in temperatura possono essere eseguiti secondo almeno due condizioni operative in relazione alle attrezzature ed alla metodologia impiegata.

Una prima condizione operativa prevede che il motore da testare sia già montato sull'autovettura. Questa soluzione comporta 1'inconveniente che l'intera vettura deve essere portata alla temperatura prevista dal test; la vettura deve essere collocata all'interno di una camera climatizzata od in altro luogo idoneo ove possano essere riprodotte le condizioni di temperatura per l'esecuzione dei test.

E‘ evidente che tale procedura comporta lunghi simi tempi sia per portare a temperatura il sistema vettura-motore che soprattutto per determinarne raffreddamento per l'esecuzione del test successivo. Un’altra situazione, più vantaggiosa, prevede che il motore venga testato quando non è ancora monta sulla vettura; in questo caso esso sarà accoppiato ad un freno motore.

Anche in questo caso il test viene eseguito all'interno di una camera termostatica che però può presentare dimensioni molto più ridotte.

Tuttavia, poiché il raffreddamento del moto viene unicamente ottenuto in modo tradizionale dal scambio termico per convezione tra la superficie del motore stesso e l'aria circostante che lo lambisce all'interno della camera termostatica, la velocità di variazione della temperatura è molto lenta, e sendo condizionata dai limiti imposti dalla convezione stessa.

Ciò contrasta con le necessità operative ed economiche di effettuare cicli successivi di riscald mento e soprattutto di raffreddamento il più rapidamente possibile per ridurre i tempi di attesa tra test e l'altro.

Per ovviare a questi inconvenienti, particola mente lamentati dagli operatori del settóre, nonché per ottenere altri ed ulteriori vantaggi, la proponente ha studiato, sperimentato e realizzato il presente trovato.

ESPOSIZIONE DEL TROVATO

Il presente trovato è espresso e caratterizzato nelle rispettive rivendicazioni principali.

Le rivendicazioni secondarie espongono varianti all'idea di soluzione principale.

Lo scopo del trovato è quello di realizzare un sistema, ed il relativo dispositivo, che consenta di ridurre drasticamente il tempo necessario per il raffreddamento di un motore a combustione interna sottoposto ad un test in temperatura in un banco prova, al fine di limitare i tempi di attesa tra un test e l'altro.

In particolare, il trovato prevede di utilizzare, per il raffreddamento rapido del motore sottoposto a test, direttamente il liquido di raffreddamento del motore stesso fatto opportunamente circolare attraverso un apposito circuito di refrigerazione ausiliario ad alta capacità.

Nella fase di funzionamento normale del motore il liquido di raffreddamento viene fatto circolare in un circuito che riproduce il normale circuito di raffreddamento del veicolo e comprende un sistema ^ radiatore, mezzi a ventola, tubazioni di collegamento, pompe, ecc.

Il calore trasportato dal liquido viene asportato durante il passaggio nel radiatore ed il liquido raffreddato viene poi reinviato al motore mantenendo così sostanzialmente costante la temperatura del motore stesso.

Nella fase di raffreddamento rapido che segue la fase di funzionamento fino al raggiungimento della temperatura di regime, il liquido di raffreddamento del motore viene deviato nel detto circuito di refrigerazione ausiliario, disposto sostanzialmente in parallelo al normale circuito di raffreddamento ed operante in modo alternativo e mutuamente esclusivo rispetto ad esso.

Detto circuito di refrigerazione comprende almeno uno scambiatore di calore collegato ad una unità refrigerante temporalmente attivabile, nonché sistemi a valvola e sistemi a pompa idonei, quando attivati, a deviare e convogliare detto liquido di raffreddamento verso il circuito di refrigerazione ausiliario.

Secondo una variante, le valvole sono del tipo servocomandato, ad azionamento elettrico, pneumatico o di altro tipo. Ciò consente di automatizzare lo scambio fra i due circuiti di raffreddamento nel passaggio tra la fase di funzionamento normale e quella di raffreddamento rapido.

Secondo un'altra variante, l'intero funzionamento del sistema è asservito ad un'unità di comando e controllo mediante la quale l'operatore può impostare voluti cicli o curve di discesa della temperatura compatibili con le caratteristiche del sistema. Secondo un'ulteriore variante, l'unità di comando e controllo è associata ad un modulo di controllo e regolazione temperatura, asservito a mezzi di rilevazione temperatura collegati almeno al motore ed alla tubazione di invio del liquido di raffreddamento al motore stesso.

Mediante tale modulo di controllo e regolazione l'operatore può impostare i valori della temperatura del motore nonché altri parametri, quali ad esempio la massima differenza tra la temperatura del motore e quella del liquido di raffreddamento, al fine di evitare di sottoporre il motore a stress termici troppo elevati.

Il trovato consente pertanto, realizzando una soluzione semplice, con costi di installazione e gestione limitati, di concretizzare un sistema ad altissimo rendimento che permette di eseguire un numero di test molto più elevato a parità di tempo. Con il sistema del trovato si possono ottenere, in tempi estremamente ridott i , temperature di raffreddamento del motore fino a -20/-25°C .

ILLUSTRAZIONE DEL DISEGNO

La figura allegata, fornita a titolo esemplificativo, non limitativo, illustra schematicamente la soluzione preferenziale del circuito che concretizza il sistema di raffreddamento rapido per'motori in banchi di prova secondo il trovato.

DESCRIZIONE DEL DISEGNO

Il sistema di raffreddamento rapido 10 per motori 11 in banchi di prova è illustrato schematicamente nel suo complesso in fig. 1.

Nel caso di specie, il motore 11 è associato ad un primo circuito di raffreddamento 12 comprendente una tubazione di mandata 13, su cui è normalmente presente una pompa 14 di circolazione del liquido di raffreddamento, che invia detto liquido proveniente dal motore 11 al sistema a radiatore 15.

In detto sistema a radiatore 15 il liquido di raffreddamento circola in una serpentina 16 e cede calore per convezione all’aria ambiente che lambisce la parete di detto sistema a radiatore 15, grazie anche all'azione della ventola 17.

II liquido di raffreddamento viene quindi reim messo a temperatura più bassa nel motore 11 attraverso una tubazione di invio 18.

In cooperazione con detto circuito di raffreddamento 12 è presente, in modo noto, un serbatoio 19 di liquido che serve per compensare le dilatazioni, dovute agli sbalzi termici, del liquido chè circola nelle tubazioni 13 e 18.

Nel caso di specie, il sistema di raffreddamento rapido comprende un secondo circuito di refrigerazione 25 collegato in parallelo al circuito di raffreddamente 12 ed operante in modo mutuamente esclusivo ed alternativo ad esso.

Detto secondo circuito di refrigerazione 25 comprende, nel caso di specie, uno scambiatore di calore 20, una unità frigorifera 21, mezzi a valvola 22 e mezzi a pompa 23. Almeno i mezzi a valvola 22 sono disposti su una diramazione 26 che collega un punto intermedio della tubazione di mandata 13 allo scambiatore di calore 20.

Sulla tubazione di invio 18 del circuito di raffreddamento 12 sono inoltre presenti mezzi a valvola 24.

il funzionamento del sistema di raffreddamento rapido 10 è il seguente.

Durante il funzionamento normale del motore 11, per l'esecuzione del test, i mezzi a valvola 24 sono aperti ed i mezzi a valvola 22 sono chiusi.

La pompa 14 è in funzione quando il motore 11 è in funzione e determina la normale circolazione del liquido di raffreddamento nel primo circuito di raffreddamento 12.

In questa fase, la pompa 23 non è in funzione, come pure non lo è l’unità refrigerante 21.

Nella fase di raffreddamento rapido, eseguita ad esempio per ripristinare la temperatura del motore 11 per l'esecuzione di un nuovo test, il motore 11 è spento ed i mezzi a valvola 24 si chiudono mentre si aprono i mezzi a valvola 22 e si attivano la pompa 23 e l'unità refrigerante 21.

II liquido di raffreddamento del motore 11 viene così fatto circolare attraverso la diramazione 26, mediante la quale giunge allo scambiatore di calore 20 collegato all’unità refrigerante 21.

II passaggio del liquido di raffreddamento attraverso lo scambiatore di calore 20 determina un rapido ed intenso abbassamento della temperatura di detto liquido, che può così essere riavviato, alla tubazione di invio 18, in una posizione a valle dei mezzi a valvola 24 mediante una tubazione 32.

Detto liquido di raffreddamento fornito dal secondo circuito di refrigerazione 25 determina un raffreddamento del motore 11 in tempi estremamente contenuti, consentendo un rapido ripristino della temperatura più idonea per l'esecuzione di un nuovo test, ad esempio per un nuovo avviamento a freddo del motore 11 od altro tipo di test secondo una sequenza sostanzialmente illimitata.

Nel caso di specie, sul tratto di tubazione tra l'unità refrigerante 21 e lo scambiatore di calore 20 è presente una valvola di espansione termostatica 31.

Nel caso di specie, il funzionamento del sistema 10 è asservito ad una unità di comando e controllo 29 che, ad esempio, comanda automaticamente l’apertura/chiusura dei mezzi a valvola 22, 24 e/o dei mezzi a pompa 14, 23, nonché l’attivazione dell'unità refrigerante 21.

Nella soluzione illustrata, l'unità di comando e controllo 29 è collegata ad un modulo di controllo temperatura 30 che riceve in ingresso segnali relativi alla temperatura del motore 11, attraverso il sensore 27, e segnali relativi alla temperatura del liquido dì raffreddamento inviato al motóre 11, attraverso il sensore 28 collocato sulla tubazione 18 in una posizione di prossimità al motore 11.

Tale modulo di controllo 30 è interiacciato con l'unità di comando e controllo 29 e permette, ad esempio, la definizione dei valori di settaggio della temperatura del motore 11 e della massima differenza fra la temperatura del motore 11, misurata dal sensore 27, e quella del liquido di raffreddamento, misurata dal sensore 28.

Va infatti notato che se viene iniettato nel motore 11 un liquido troppo freddo, gli strèss termici che derivano dalla differenza di temperatura possono portare a rottura il motore 11 stesso.

Se il valore limite di differenza di temperatura viene superato, l’unità di comando e controllo 29 invia un segnale di correzione all'unità refrigerante 21 per ripristinare le corrette condizioni di raffreddamento.

Mediante tale modulo di controllo 30 e regolazione temperatura è pertanto possibile impostare le volute curve di discesa di temperatura del motore 11, ed in particolare è possibile realizzare la. curva di raffreddamento più rapida possibile preservando tuttavia il motore 11 da possibili e dannosi stress termici.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 - Sistema per il raffreddamento rapido di motori in banchi di prova utilizzati per l’esecuzione di test in temperatura, siano essi motori diesel od a benzina, detti motori (11) essendo associati ad un primo circuito per la circolazione di liquido di raffreddamento (12) comprendente almeno una tubazione di mandata (13) uscente dal motore (11) e dotata di mezzi a pompa (14), un sistema a.radiatore (15) cooperante con mezzi a ventola (17), una tubazione di invio (18) entrante nel motore (11) e dotata di mezzi a valvola (24), un eventuale serbatoio (19) di compensazione delle dilatazioni termiche del liquido di raffreddamento, caratterizzato dal fatto che, nella fase di funzionamento normale del motore (11) sottoposto a test, il liquido di raffreddamento stesso del motore viene fatto circolare in detto primo circuito di raffreddamento (12) per il mantenimento di una temperatura di funzionamento sostanzialmente costante e che, nella fase di raffreddamento rapido eseguita a motore (11) spento, il liquido di raffreddamento del motore (11) viene deviato in un secondo circuito di refrigerazione ausiliario (25), detto secondo circuito di refrigerazione ausiliario (25) comprendendo almeno uno scambiatore di calore (20) associato ad una unità refrigerante (21), una diramazione (26) che collega la tubazione.di mandata (13) con l'entrata dello scambiatore di calore (20) attraverso mezzi a valvola (22) temporalmente apribili ed una tubazione (32) che collega l'uscita dello scambiatore di calore (20) con la tubazione di invio (18) al motore (11). 2 - Sistema come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il secondo circuito di refrigerazione ausiliario (25) è disposto in parallelo a detto primo circuito di raffreddamento (12) ed opera in modo alternativo e mutuamente esclusivo a detto primo circuito (12). 3 - Sistema come ad una o l'altra delle rivendicazioni 1 o 2, caratterizzato dal fatto che la deviazione del liquido di raffreddamento dal primo circuito di raffreddamento (12) al secondo circuito di refrigerazione ausiliario (25) e viceversa è asservita almeno alla chiusura/apertura di mezzi a valvola (24) presenti sulla tubazione di invio (18) ed alla coniugata apertura/chiusura dei mezzi a valvola (22) presenti sulla diramazione (26). 4 - Sistema come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la deviazione del liquido di raffreddamento da primo circuito di raffreddamento (12) al secondo circuito di refrigerazione ausiliario (25) e viceversa è asservita alla disattivazione/attivazione dei mezzi a pompa (14) presenti sulla tubazione di mandata (13) ed alla coniugata attivazione/disattivazione di mezzi a pompa (23) presenti sulla diramazione (26). 5 - Sistema come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'attivazione/disattivazione controllata almeno dei mezzi a valvola (22,24) e dei mezzi a pompa (14,23) è asservita ad una unità di comando e controllo (29). 6 - Sistema come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'unità di comando e controllo (29) è associata ad un modulo di controllo temperatura (30) per la definizione almeno delle curve e dei cicli di raffreddamento rapidi del motore (11). 7 - Sistema come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che il modulo di controllo temperatura (30) riceve in ingresso almeno segnali relativi alla temperatura del motore (11) ed alla temperatura del liquido di raffreddamento al momento dell’invio al motore (11) 8 - Sistema come ad una o l'altra delle rivendica zioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il modulo di controllo temperatura (30) permette almeno l'impostazione del massimo valore di differenza fra la temperatura del motore (11) e la temperatura del liquido di raffreddamento al momentodell'invio al motore (11) stesso. 9 - Dispositivo per il raffreddamento rapido di motori in banchi di prova utilizzati per l'esecuzione di test in temperatura, siano essi motori diesel od a benzina, caratterizzato dal fatto che comprende un primo circuito (12) per la circolazione del liquido di raffreddamento del motore (11), detto primo circuito di raffreddamento (12) comprendendo almeno una tubazione di mandata (13) uscente dal motore (11) e dotata di mezzi a pompa (14), un sistema a radiatore (15) cooperante con mezzi a ventola (17), una tubazione di invio (18) entrante nel motore (11) e dotata di mezzi a valvola (24), un eventuale serbatoio (19) di compensazione delle dilatazioni termiche del liquido di raffreddamento, detto dispositivo comprendendo inoltre almeno un secondo circuito di refrigerazione ausiliario (25), comprendente almeno uno scambiatore di calore (20) collegato ad una unità refrigerante [ (21), una diramazione (26) che collega detta tubazione di mandata (13) con l'entrata dello scambiatore di calore (20) attraverso mezzi a valvola (22) temporalmente apribili ed una tubazione (32) che collega l'uscita dello scambiatore di calore (20) con detta tubazione di invio (18). 10 - Dispositivo come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che i mezzi a valvola (24) presenti sulla tubazione di invio (18) sono temporalmente chiudibili in modo funzionalmente correlato all'apertura dei mezzi a valvola (22). 11 - Dispositivo come ad una o l'altra della rivendicazione precedente 9 o 10, caratterizzato dal fatto che la diramazione (26) comprende mezzi a pompa (23) temporalmente attivabili in modo funzionalmente correlato alla disattivazione dei mezzi a pompa (14). 12 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 9 in poi, caratterizzato dal fatto che 1 mezzi a valvola (22,24) e/o i mezzi a pompa (14,23) sono di tipo servocomandato con azionamento a distanza. 13 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 9 in poi, caratterizzato dal fatto che comprende una unità di comando e controllo (29) almeno asservente gli azionamenti dei mezzi a valvola (22,24) e/o dei mezzi a pompa (14,23). 14 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 9 in poi, caratterizzato dal fatto che comprende un modulo di controllo temperatura (30) funzionalmente associato all'unità di comando e controllo (29) per la definizione almeno delle curve di discesa della temperatura del motore (11). 15 - Dispositivo come ad una o l’altra delle rivendicazioni precedenti da 9 in poi, caratterizzato dal fatto che comprende almeno un sensore (27) della temperatura del motore (11) ed un sensore (28) della temperatura del liquido di raffreddamento inviato al motore (11) funzionalmente asserviti al modulo di controllo temperatura (30). 16 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 9 in poi, caratterizzato dal fatto che comprende una valvola ad espansione termica (31) posta tra l'unità refrigerante (21) e lo scambiatore di calore (20). 17 - Sistema come ad una o l'altra delle rivendicazioni precedenti da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni. 18 - Dispositivo come ad una o l'altra delle rivendicazioni da 9 a 16, caratterizzato dal fatto che adotta i contenuti di cui alla descrizione ed ai disegni.