ITBO20140129U1 - Riduttore di pressione per gas - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di BREVETTO PER MODELLO DI UTILITÀ avente per titolo

“RIDUTTORE DI PRESSIONE PER GAS”

Il presente trovato concerne un riduttore di pressione per gas, in particolare per applicazioni automotive in sistemi di alimentazione per motori a combustione interna.

Infatti, il presente trovato è relativo ad un riduttore di pressione utilizzabile negli impianti di alimentazione per motori endotermici a gas, quali ad esempio metano o gas di petrolio liquefatto (GPL), che negli ultimi anni stanno acquisendo sempre maggiori quote di mercato per i vantaggi che conferiscono in termini economici e per il limitato inquinamento.

Questi impianti di alimentazione a gas comprendono di solito un serbatoio di gas in pressione, una pluralità di condotti che collegano il serbatoio di gas al motore ed un riduttore di pressione che riduce la pressione del gas nel serbatoio ad una pressione utile per l'alimentazione al motore e quindi compatibile con i parametri della combustione.

Il gas contenuto nel serbatoio presenta infatti una pressione che normalmente, a seconda del grado di riempimento del serbatoio stesso, ha un valore compreso tra i 250 ed i 10 bar. La pressione di alimentazione del gas al motore deve invece essere regolata in funzione delle condizioni operative del motore (i.e. carico motore).

A tale scopo, sono stati sviluppati dei riduttori elettronici in cui il regolatore puramente meccanico è stato sostituito o parzialmente integrato con un’elettrovalvola in grado di meglio tarare la pressioni agli iniettori.

Secondo una soluzione nota realizzata dallo stesso titolare della presente domanda, il riduttore comprende all’interno di un unico corpo scatolare una valvola di riduzione meccanica, una valvola di pilotaggio elettronica ed una centralina.

In particolare, la valvola di riduzione meccanica e la valvola di pilotaggio elettronica sono tra loro disposte parzialmente in parallelo in modo che la valvola di pilotaggio determini la contropressione all’interno della valvola di riduzione meccanica.

Pertanto, nel riduttore noto della Richiedente, il salto di pressione avviene in un unico stadio all’interno di un regolatore meccanico pilotato “indirettamente“ da una valvola elettronica, la quale varia la contropressione in funzione delle condizioni motore rilevate.

Svantaggiosamente, tale soluzione sebbene molto performante ed affidabile nella gestione di pressioni e portate elevate (applicazioni heavyduty), risulta costosa nella realizzazione di applicazioni light-duty, le quali pur necessitando di grande precisione sono soggette a pressioni e portate inferiori.

In questa luce, negli ultimi anni è stata sviluppata un’ulteriore soluzione, pubblicata nel documento brevettuale DE202008009954, in cui il regolatore di pressione comprende, all’interno di un’unica carcassa, due stadi di riduzione disposti in serie, uno meccanico ed uno elettronico.

Lo stadio meccanico è utilizzato per effettuare la caduta di pressione più marcata, mentre lo stadio elettronico esegue la regolazione fine che permette di modulare la pressione agli iniettori in funzione delle condizioni operative del motore.

In particolare, il regolatore in questione provvisto di entrambi gli stadi alloggiati nel corpo valvola e “sfocianti” all’interno di una comune sede o cavità, la quale una volta occlusa per mezzo di una piastra filettata definisce un passaggio di pressione media per il gas.

Si noti che lo stadio meccanico presenta un’architettura compensata, ovvero con passaggio del fluido in attraversamento dell’otturatore, struttura che espone le guarnizioni dinamiche alla pressione del serbatoio, ovvero all’alta pressione.

Svantaggiosamente, ciò rende poco affidabile il regolatore in quanto le guarnizioni di tenuta, tanto dinamiche quanto statiche, sono in più punti soggette all’alta o alla media pressione, risultando più sollecitate e maggiormente critiche per il sistema in caso di usura o guasti.

Scopo del presente trovato è dunque quello di mettere a disposizione un riduttore di pressione in grado di ovviare agli inconvenienti della tecnica nota sopracitata.

In particolare, scopo del presente trovato è quello di mettere a disposizione un riduttore di pressione altamente performante ed allo stesso tempo affidabile.

Detti scopi sono raggiunti da un riduttore elettronico di pressione secondo una o più delle successive rivendicazioni, ed in particolare da un riduttore elettronico di pressione comprendente un corpo principale, almeno una bocca di ingresso di alta pressione ed una bocca di uscita di bassa pressione realizzate in detto corpo principale, almeno uno stadio meccanico di riduzione della pressione da alta a media ricavato in detto corpo principale e posto operativamente a valle di detta bocca di ingresso ed almeno uno stadio elettronico di riduzione della pressione da media a bassa almeno in parte ricavato in detto corpo principale, posto in serie a detto stadio meccanico, operativamente a valle dello stesso, ed in collegamento di fluido con detta bocca di uscita.

Secondo il trovato, lo stadio meccanico e lo stadio elettronico sono posti in collegamento da un condotto di media pressione completamente ricavato nel corpo principale.

Queste ed altre caratteristiche risulteranno maggiormente evidenziate dalla descrizione seguente di una preferita forma realizzativa, illustrata a puro titolo esemplificativo e non limitativo nelle unite tavole di disegno, in cui:

- la figura 1 mostra una vista prospettica di un riduttore di pressione per gas secondo il presente trovato;

- la figura 2 mostra una vista dall’alto del riduttore di figura 1;

- le figure 3, 4 e 5 mostrano due viste in sezione secondo le linee III-III, IV-IV e V-V della figura 2.

Con riferimento alle allegate figure, con il numero 1 è indicato un riduttore di pressione secondo il presente trovato.

Più precisamente, come verrà meglio chiarito nel seguito, il riduttore 1 è un riduttore “elettronico”, ovvero un regolatore almeno in parte pilotabile elettronicamente attraverso una centralina che può essere montata a bordo del regolatore stesso o, preferibilmente, associata al sistema di alimentazione del veicolo su cui il regolatore è montato.

Tale riduttore 1, in uso, è installato all’interno di un sistema di alimentazione per motori endotermici a gas, in particolare lungo la linea di alimentazione del gas tra un serbatoio di alta pressione ed un collettore o rail del gas associato agli iniettori del motore.

Il riduttore 1 è dunque configurato per ridurre la pressione del gas all’interno del serbatoio (variabile tra 250 e 10 Bar circa) rendendola compatibile con la pressione di alimentazione degli iniettori (inferiore ai 10 Bar).

Il regolatore 1 è dunque provvisto di un corpo 2 principale realizzato preferibilmente in metallo.

Nelle forme realizzative preferite, il corpo 2 principale è realizzato per colata o pressofusione.

Alternativamente, tuttavia, il corpo 2 principale potrebbe essere realizzato per asportazione di materiale.

Dunque, il corpo 2 principale è preferibilmente realizzato di pezzo, ovvero in un pezzo unico (non scindibile dopo la sua fabbricazione).

Tale corpo 2 è provvisto di una pluralità di cavità o condotti passanti, ciascuno sviluppantesi tra due estremità entrambe sfocianti esternamente al corpo 2 stesso.

Preferibilmente, il corpo 2 principale presenta una conformazione sostanzialmente scatolare e presenta una pluralità di pareti laterali 2a, una parete di sommità 2c ed una parete di fondo 2b.

Le pareti laterali sono preferibilmente almeno quattro, ma alternativamente potrebbero essere anche di più o di meno (eventualmente una in caso di sviluppo arrotondato/ricurvo).

Al fine di consentire l’attraversamento da parte del gas proveniente dal serbatoio (non illustrato), il corpo 2 principale è provvisto di almeno una bocca di ingresso 3 di alta pressione ed una bocca di uscita 4 di bassa pressione.

Più precisamente, il corpo 2 è provvisto di una conduttura sviluppantesi in attraversamento del corpo 2 stesso tra la bocca di ingresso 3 e la bocca di uscita 4.

Dunque, la bocca di ingresso 3 è, in uso, collegata al serbatoio del gas in alta pressione.

A sua volta, la bocca di uscita 4 è, in uso, collegata al collettore o rail degli iniettori.

Preferibilmente, le bocche di ingresso 3 e uscita 4 sono ciascuna affacciata esternamente ad una rispettiva faccia laterale 2a del corpo 2 principale.

In particolare, la bocca di ingresso 3 e la bocca di uscita 4 aggettano esternamente a due pareti laterali 2a tra loro contrapposte.

In dettaglio, le bocche di ingresso 3 e uscita 4 sono tra loro parallele.

Preferibilmente, si noti che alla bocca di ingresso 3a è associato un filtro 3a. Nella forma realizzativa illustrata il filtro è del tipo a rete metallica compressa. Alternativamente, si potrebbe inserire un filtro a cartuccia a coalescenza.

Al fine di eseguire la regolazione in modo preciso, il regolatore 1 comprende due stadi di regolazione disposti in serie.

In particolare, il regolatore 1 comprende almeno uno stadio meccanico 5 di riduzione della pressione da alta a media ricavato nel corpo 2 principale e posto operativamente a valle della bocca di ingresso 3 (in collegamento di fluido con la stessa).

Si noti che con l’espressione “stadio meccanico” si intende definire una valvola di riduzione prettamente meccanica, in cui alla pressione del fluido si contrappone una pressione meccanica esercitata da una molla.

Dunque, preferibilmente, lo stadio meccanico 5 è configurato per ridurre la pressione in arrivo dal serbatoio ad un prefissato valore o un prefissato range di valori.

Inoltre, il regolatore 1 comprende almeno uno stadio elettronico 6 di riduzione della pressione da media a bassa almeno in parte ricavato nel corpo 2 principale ed in collegamento di fluido con la bocca di uscita 4. Lo stadio elettronico 6 è dunque posto in serie allo stadio meccanico 5, operativamente a valle dello stesso.

Si noti che con l’espressione “stadio elettronico” si intende definire un regolatore di pressione comprendente una valvola solenoidale 6a di pilotaggio attiva direttamente o indirettamente sul fluido (gas).

Secondo un aspetto del trovato, lo stadio meccanico 5 e quello elettronico 6 sono posti in collegamento da un condotto 7 di media pressione completamente ricavato nel corpo 2 principale.

Dunque, il condotto 7 definisce una porzione mediana della conduttura sviluppantesi tra la bocca di ingresso 3 e la bocca di uscita 6.

Vantaggiosamente, in tal modo la regolazione della pressione risulta assai precisa ed allo stesso tempo la gestione del fluido sicura ed affidabile. In dettaglio, il corpo 2 principale presenta almeno una prima 9a ed una seconda sede 9b ricavate internamente ad esso e collegate dal condotto 7.

Nella prima sede 9a è innestato lo stadio meccanico 5.

Nella seconda sede 9b è innestato lo stadio elettronico 6.

Preferibilmente, il condotto 7 si sviluppa tra le due sedi 9a, 9b ortogonalmente alle bocche di ingresso 3 e uscita 4.

Nella forma realizzativa illustrata, entrambe le sedi 9a, 9b sono accessibili dalla sommità 2c del corpo 2 principale.

In particolare, la seconda sede 9b è passante e si sviluppa tra la sommità 2c ed il fondo 2b del corpo 2 principale per consentire l’innesto sia dell’elettrovalvola solenoidale 6a che della componentistica meccanica dello stadio elettronico 6.

In particolare, l’elettrovalvola solenoidale 6 è innestabile dalla sommità 2c mentre la componentistica meccanica è inseribile attraverso il fondo 2b (e serrabile mediante un piatto filettato).

Preferibilmente, con riferimento alla figura 4, la componentistica meccanica dello stadio elettronico 6 è definita da un pistone mobile ed una molla di contrasto, i quali permettono il passaggio di gas quando la forza del gas sulla zona di tenuta è maggiore di quella elastica della molla.

Preferibilmente, al fine di incrementare l’affidabilità del trovato, il regolatore 1 comprende una valvola di sovrappressione 8 posta in collegamento di fluido con detto condotto 7.

Più precisamente, il condotto 7 presenta almeno una diramazione ausiliaria 7a collegata alla valvola di sovrappressione 8.

Si noti che la valvola di sovrappressione 8 è preferibilmente innestata nel corpo 2 principale e sporge esternamente ad esso.

In particolare, la diramazione ausiliaria 7a si sviluppa a partire dalla bocca di ingresso 3 in allontanamento dalla bocca di uscita 4 (trasversalmente ad esse).

In particolare, la diramazione ausiliaria 7a definisce un incavo in cui è innestata la valvola di sovrappressione 8.

La valvola di sovrappressione 8 sporge dunque esternamente al corpo 2 principale, trasversalmente alla bocca di ingresso 3 e di uscita 4.

Nella forma realizzativa illustrata, lo stadio meccanico 5 è definito da una camicia 5a entro cui è scorrevole un cursore 5b definente una strozzatura atta a generare una caduta di pressione predeterminata.

La camicia 5a è preferibilmente realizzata di pezzo con il corpo 2 principale.

Dunque, la camicia 5a definisce la sede 9a di contenimento dello stadio meccanico 5.

Si noti inoltre che il cursore 5b di detto stadio meccanico 5 presenta almeno tenuta dinamica 10 prossimale alla strozzatura.

In particolare, il cursore 5b presenta due tenute dinamiche, una prossimale 10 alla strozzatura ed una distale dalla strozzatura.

Secondo un aspetto del trovato, la tenuta dinamica 10 prossima alla strozzatura è affacciata sul condotto 7 di media pressione.

In altre parole, lo stadio meccanico 5 presenta un’architettura non compensata.

Vantaggiosamente, in tal modo la tenuta dinamica 10 prossimale è soggetta alla pressione media e non all’alta pressione presente nella bocca di ingresso 3.

Ciò chiaramente si traduce in una maggiore durabilità ed affidabilità del regolatore 1.

Si noti che anche la tenuta dinamica distale dalla strozzatura non è soggetta all’alta pressione, ma alla pressione media.

Nella forma realizzativa preferita, lo stadio elettronico 6 comprende un otturatore 11 pilotato dall’elettrovalvola solenoidale 6a.

Dunque, nella sede 9b è scorrevolmente inserito l’otturatore 11, il quale presenta un’estremità collegata all’elettrovalvola solenoidale 6a.

Più precisamente, l’elettrovalvola solenoidale 6a è amovibilmente accoppiata con il corpo 2 principale.

Nella forma realizzativa illustrata, l’elettrovalvola solenoidale 6a aggetta esternamente al corpo 2 principale in modo da risultare facilmente manutenibile. Nella forma realizzativa illustrata, l’elettrovalvola solenoidale 6a sporge dalla sommità 2c del corpo 2 principale.

Preferibilmente, inoltre, al corpo 2 valvola è associato un connettore 15, o presa dati, collegabile ad una centralina o unità di controllo per trasmettere sia i dati di pilotaggio dell’elettrovalvola solenoidale 6a che la potenza elettrica necessaria al suo funzionamento.

Nella forma realizzativa illustrata, anche il connettore 15 sporge dalla sommità 2c del corpo 2 principale.

Preferibilmente, il riduttore 1 comprende un sensore di pressione 12 rigidamente connesso al corpo 2 principale e posto in collegamento di fluido con la bocca di ingresso 3.

Dunque, la bocca di ingresso 3 definisce una tubazione di alta pressione ricavata nel corpo 2 principale e provvista di almeno una biforcazione definente un primo tratto 13a collegato a detto stadio meccanico 5 ed un secondo tratto 13b collegato a detto sensore di pressione 12.

Vantaggiosamente, in tal modo risulta agevola la misurazione della pressione in ingresso al regolatore 1.

Alternativamente, il sensore di pressione si potrebbe trovare anche in serie con lo stadio meccanico.

In altre parole, in tale forma di realizzazione il sensore di pressione di troverebbe interposto tra la porzione iniziale della bocca in ingresso e lo stadio meccanico.

Preferibilmente, inoltre, al fine di evitare il congelamento dei componenti, il regolatore 1 comprende almeno un circuito idraulico 14 di riscaldamento ricavato in detto corpo 2 principale e sfociante in almeno un primo 14a ed un secondo innesto 14b aggettanti dal corpo 2 principale stesso.

Preferibilmente, il circuito idraulico 14 è, in uso, associato al circuito di raffreddamento del motore.

Il trovato raggiunge gli scopi preposti e consegue importanti vantaggi. Infatti, l’utilizzo di due stadi di pressione collegati mediante un condotto ricavato nel corpo principale permette di mantenere un’alta affidabilità del regolatore.

Inoltre, la presenza di un’architettura non compensata migliora ulteriormente l’affidabilità dei componenti, non vedendo la presenza di tenute dinamiche soggette ad alta pressione.

Claims (12)

1. RIVENDICAZIONI 1. Riduttore di pressione per gas, comprendente: -un corpo (2) principale; -almeno una bocca di ingresso (3) di alta pressione ed una bocca di uscita (4) di bassa pressione realizzate in detto corpo (2) principale; -almeno uno stadio meccanico (5) di riduzione della pressione da alta a media ricavato in detto corpo (2) principale e posto operativamente a valle della bocca di ingresso (3); -almeno uno stadio elettronico (6) di riduzione della pressione da media a bassa almeno in parte ricavato in detto corpo (2) principale, posto in serie allo stadio meccanico (5), operativamente a valle dello stesso, ed in collegamento di fluido con la bocca di uscita (4); caratterizzato dal fatto che detto stadio meccanico (5) e detto stadio elettronico (6) sono posti in collegamento da un condotto (7) di media pressione completamente ricavato nel corpo (2) principale.
2. 2. Riduttore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto corpo (2) principale è realizzato di pezzo e detto condotto (7) attraversa il corpo (2) principale.
3. 3. Riduttore secondo la rivendicazione 1 o la 2, caratterizzato dal fatto di comprendere una valvola di sovrappressione (8) in collegamento di fluido con detto condotto (7).
4. 4. Riduttore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto condotto (7) presenta almeno una diramazione ausiliaria (7a), anch’essa realizzata nel corpo (2) principale, collegata a detta valvola di sovrappressione (8).
5. 5. Riduttore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore di pressione (12) rigidamente connesso a detto corpo (2) principale e posto in collegamento di fluido con detta bocca di ingresso (3).
6. 6. Riduttore secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detta bocca di ingresso (3) definisce una tubazione di alta pressione ricavata in detto corpo (2) principale e provvista di almeno una biforcazione definente un primo tratto (13a) collegato a detto stadio meccanico (5) ed un secondo tratto (13b) collegato a detto sensore di pressione (12).
7. 7. Riduttore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto stadio meccanico (5) è definito da una camicia (5a) entro cui è scorrevole un cursore (5b) definente una strozzatura atta a generare una caduta di pressione; detta camicia (5a) essendo realizzata di pezzo con detto corpo (2) principale.
8. 8. Riduttore secondo la rivendicazione 7, caratterizzata dal fatto che il cursore (5b) di detto stadio meccanico (5) presenta almeno tenuta dinamica (10) prossimale alla strozzatura; detto stadio meccanico (5) presentando un’architettura non compensata in modo che detta tenuta dinamica (10) risulti affacciata su detto condotto (7) e soggetta a detta pressione media inferiore a detta alta pressione.
9. 9. Riduttore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il corpo (2) principale presenta una conformazione scatolare provvista di almeno due facce laterali (2a) tra loro contrapposte; detta bocca di ingresso (3) e detta bocca di uscita (4) essendo ciascuna affacciata esternamente ad una rispettiva faccia laterale (2a).
10. 10. Riduttore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un circuito idraulico (14) di riscaldamento ricavato in detto corpo (2) principale e sfociante in almeno un primo (14a) ed un secondo innesto (14b) aggettanti dal corpo (2) principale stesso.
11. 11. Riduttore secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto stadio elettronico (6) comprende un otturatore (11) pilotato da un’elettrovalvola solenoidale (6a), in cui detta elettrovalvola solenoidale (6a) è amovibilmente accoppiata con il corpo (2) principale.
12. 12. Riduttore secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detta elettrovalvola solenoidale (6a) aggetta esternamente a detto corpo (2) principale in modo da risultare facilmente manutenibile.