ITRM990164A1

ITRM990164A1 - Motore a combustione interna a pistoni a piu' cilindri con almeno duebanchi di cilindri.

Info

Publication number: ITRM990164A1
Application number: IT1999RM000164A
Authority: IT
Inventors: Josef Gunther; Herbert Klein; Dieter Langrock
Original assignee: Daimler Chrysler Ag
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1999-03-17
Publication date: 2000-09-17
Also published as: GB2335466A; GB9906436D0; US6182446B1; DE19812090A1; GB2335466B; FR2776336A1; JP3263841B2; FR2776336B1; DE19812090C2; IT1306558B1; JPH11324656A

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA A PISTONI A PIU' CILINDRI CON ALMENO DUE BANCHI DI CILINDRI

L'invenzione concerne un motore a combustione interna a pistoni a più cilindri con almeno due banchi di cilindri secondo il preambolo della rivendicazione 1 .

Dalla DE 196 11 363 CI è noto un motore a combustione interna a pistoni a più cilindri che comprende due banchi di cilindri con, di volta in volta, più cilindri, dove un banco di cilindri viene riscaldato permanentemente a massimo regime e l'altro banco di cilindri funzionante a carico parziale è disinseribile. Ad ogni banco di cilindri è associato un tronco di scarico con un catalizzatore. A valle dei catalizzatori, i tronchi di scarico di entrambi i banchi di cilindri sboccano in un segmento di tubo comune, indi si diramano in marmitte di scarico e quindi vengono scaricati nell'atmosfera.

Durante il servizio a carico parziale, nel segmento del tronco di scarico facente parte del banco di cilindri disattivato, disposto a monte del catalizzatore, viene prodotta una depressione in modo che il gas di scarico del banco di cilindri riscaldato a massimo regime scorra prima attraverso il catalizzatore associato ad esso e poi rifluisca a valle del catalizzatore tramite il segmento di tubo comune attraverso il catalizzatore del banco di cilindri disinserito. In questo modo, il catalizzatore del banco di cilindri disattivato viene tenuto, anche in caso di funzionamento a carico parziale del motore a combustione interna, alla sua temperatura di esercizio e la emissione dei gas di scarico dopo l'attivazione di questo banco di cilindri viene ridotta al minimo.

L'invenzione si prefigge il compito di tenere, durante il funzionamento a carico parziale, il catalizzatore del banco di cilindri disinserito con semplici mezzi, in particolare anche senza dispositivo di depressione, con una elevata sicurezza di funzionamento a temperatura di esercizio.

Questo problema viene risolto, secondo l'invenzione, con i particolari della rivendicazione 1.

Il segmento di raccordo disposto a monte del catalizzatore tra i tronchi di scarico dei due banchi di cilindri provvede, anche nel funzionamento a carico parziale, a riscaldare entrambi i catalizzatori, una parte dei gas di scarico del banco di cilindri riscaldato a massimo regime fluendo tramite il segmento di raccordo realizzato a guisa di giunto di travaso attraverso il catalizzatore del banco di cilindri disinserito. Ora, entrambi i catalizzatori vengono alimentati con gas di scarico riscaldato del banco di cilindri riscaldato a massimo regime, per cui anche il catalizzatore del banco di cilindri disinserito viene portato in breve tempo a temperatura di esercizio e rispettivamente viene tenuto a questa temperatura. In caso di collegamento del secondo banco di cilindri con funzionamento a pieno carico, il gas di scarico inoltre prodotto in più viene purificato senza perdita di tempo nel catalizzatore preriscaldato.

Il riscaldamento del catalizzatore nel tronco di scarico del banco di cilindri non riscaldato a massimo regime funziona in particolare anche senza dispositivo di depressione dal momento che il segmento di raccordo è disposto a monte dei due catalizzatori e pertanto una parte del flusso dei gas di scarico si dirama, soltanto per effetto della sovrappressione dei gas di scarico, nel segmento di raccordo e poi nel secondo catalizzatore .

Per compensare variazioni di lunghezza termiche che possono manifestarsi in seguito a riscaldamento dei segmenti di tubi attigui al motore a monte dei catalizzatori, almeno in un segmento di tubo dei tronchi di scarico a monte dei catalizzatori e rispettivamente nel segmento di raccordo tra i tronchi di scarico è previsto un elemento compensatore di lunghezza. Temperature diverse di elementi strutturali e differenze termiche nelle lunghezze di elementi strutturali possono essere compensate dall'elemento di compensazione di lunghezza e rispettivamente da più elementi di compensazione di lunghezza. Il gas di scarico scorre ad elevata temperatura attraverso il segmento di tubo superiore del tronco di scarico del banco di cilindri riscaldato a massimo regime nonché attraverso il segmento di raccordo, per cui questi pezzi di tubo si riscaldano fortemente e si dilatano termicamente. Il segmento di tubo superiore del tronco di scarico del banco di cilindri disinserito presenta, invece, una temperatura nettamente più bassa. Per effetto del gradiente termico, i pezzi di tubo si allungano con una intensità diversa, dove questa differenza di lunghezza viene compensata dall'elemento di compensazione di lunghezza così da evitare incrinature e rotture che possono determinare inefficienze funzionali.

Attraverso la combinazione del segmento di raccordo e dell'elemento di compensazione di lunghezza è possibile un passaggio dei gas di scarico rasente al motore già a monte dei catalizzatori in modo che, anche senza dispositivo di depressione, entrambi i catalizzatori siano sempre percorsi da gas di scarico e, allo stesso tempo, gli inconvenienti della conduzione termica nei tronchi di tubo possano essere compensati .

E' previsto almeno un elemento di compensazione di lunghezza, il quale è disposto o nel segmento di raccordo o in un segmento di tubo di un tronco di scarico, in particolare a monte dei catalizzatori. In una esecuzione vantaggiosa sono previsti più elementi di compensazione di lunghezza, opportunamente uno per ogni tronco di scarico. Gli elementi di compensazione di lunghezza possono essere sollecitati sia a trazione sia a pressione.

In un ulteriore sviluppo, il motore a combustione interna presenta un dispositivo di depressione, preferibilmente un tubo di riflusso di gas di scarico tra il tronco di scarico del banco di cilindri disattivabile e il tubo aspirante del banco di cilindri riscaldato permanentemente a massimo regime. Il riflusso dei gas di scarico ha il vantaggio che i catalizzatori attigui al motore, disposti in modo supplementare, nonché le sonde di ossigeno vengono tenuti a temperatura di esercizio dal gas di scarico in fase di ricircolazione.

Un altro vantaggio del riflusso dei gas di scarico sta nel fatto che detti gas di scarico che ricircolano cedono energia termica e si raffreddano, per cui la densità dei gas di scarico rimessi in circolo aumenta e si possono realizzare tassi di riflusso più elevati che provocano una riduzione delle emissioni di sostanze nocive.

Altri vantaggi e forme di esecuzione vantaggiose si rilevano dalle altre rivendicazioni, dalla descrizione delle figure e dai disegni. In essi:

La figura 1 mostra una vista schematica di un motore a combustione interna con due banchi di cilindri e due tronchi di scarico,

la figura 2 mostra un secondo esempio di esecuzione,

I figura 3 mostra un terzo esempio di esecuzione .

Il motore a combustione interna 1 mostrato nella figura 1 comprende due banchi di cilindri 2, 3 con, di volta in volta, un numero di cilindri. Ad ogni banco di cilindri 2, 3 è associato un tronco di scarico 4, 5, dove in ogni tronco di scarico 4, 5 sono disposti in successione, in direzione di flusso, precatalizzatori 17, 18 con sonde di guida e di regolazione λ, un catalizzato principale 6, 7 e una marmitta di scarico 19, 20 Ogni banco di cilindri 2, 3 presenta lo stesso numero di cilindri; nell'esempio di esecuzione , ad ogni banco di cilindri 2, 3 sono associati sei cilindri .

Il banco di cilindri 2 è realizzato in modo da essere riscaldato permanentemente a massimo regime e il banco di cilindri 3 con motore a combustione interna funzionante a carico parziale è disattivabile per ottenere una riduzione di gas di scarico. Nel servizio a carico parziale viene riscaldato a massimo regime soltanto il primo banco di cilindri 2, i cui gas di scarico vengono condotti al tronco di scarico 4.

A monte dei catalizzatori 6, 7, entrambi i tronchi di scarico 4, 5 sono collegati fra loro in modo che, durante l'esercizio a carico parziale, nel tronco di scarico 5 del banco di cilindri 3 disinserito possano passare i gas di scarico del tronco di scarico 4 associato al banco di cilindri 2 riscaldati a massimo regime. I tronchi di scarico 4, 5 presentano segmenti di tubo 9, 10 attigui al motore, i quale sono collegati direttamente a monte dei catalizzatori 6, 7 tramite un segmento di raccordo 8. Grazie a questo collegamento, durante l'esercizio a carico parziale, una parte dei gas di scarico passa dal tronco di scarico 4 nel tronco di scarico 5 e attraversa il catalizzatore 7 del banco di cilindri disinserito 3 in modo che questo catalizzatore sia riscaldato mantenuto temperatura di esercizio.

Invece che con un segmento di raccordo, il collegamento può essere eseguito anche per il fatto che i tronchi di scarico 4, 5 vengono congiunti, a monte dei catalizzatori 6, 7, in modo da formare un segmento di tubo comune.

A valle dei catalizzatori 6, 7, i tronchi di scarico 4, 5 sboccano in un segmento di tubo comune 21. Nel proseguimento, i tronchi di scarico 4, 5 si diramano di nuovo e i gas di scarico vengono convogliati di volta in volta verso le marmitte di scarico 19, 20.

Eventualmente si può anche rinunciare al segmento di tubo 21 comune in modo che, a valle dei catalizzatori, i tronchi di scarico sia completamente separati .

Nel segmento di tubo 10 del secondo tronco di scarico 5 disposto a monte del catalizzatore 7 è collocato un elemento di compensazione di lunghezza 12 mediante il quale poter compensare variazioni termiche di lunghezza dovute ad un riscaldamento di diversa intensità dei tronchi di scarico 4, 5 specialmente durante l'esercizio a carico parziale. L'elemento di compensazione di lunghezza 8 è sollecitatile sia a trazione sia a pressione per poter compensare allungamenti e contrazioni di elementi strutturali.

Al banco di cilindri disinseribile 3 è associato un dispositivo di depressione, il quale, nell'esempio di esecuzione, è eseguito a guisa di dispositivo di riflusso dei gas di scarico e comprende un tubo di riflusso di gas di scarico mediante il quale il tronco di scarico 5 del banco di cilindri disinseribile 3 è collegato con il tubo aspirante del banco di cilindri 2 riscaldato a massimo regime. Il dispositivo di depressione 14 produce, nel segmento del tronco di scarico 5 disposto a monte dei catalizzatori, una depressione mediante la quale, in presenza di servizio a carico parziale, un flusso parziale dei gas di scarico scorre, tramite il segmento di raccordo 8, in direzione della freccia 22 nel segmento del tronco di scarico 5 attiguo al motore e, attraverso il tubo di riflusso 15 dei gas di scarico, fluisce, inoltre, nel tubo aspirante del banco di cilindri 2. Il riflusso di gas di scarico provvede a condizionare i precatalizzatori 18 attigui al motore nonché le sonde di guida di regolazione λ associate a questi precatalizzatori 18. Allo stesso tempo, i gas di scarico si raffreddano in modo da ottenere una maggiore densità e, di conseguenza, un più elevato tasso di riflusso di gas di scarico.

Nel tubo di riflusso 15 dei gas di scarico è disposta una valvola di intercettazione 16, mediante la quale viene chiuso il tubo di riflusso 15 dei gas di scarico non appena, per il funzionamento del motore, non è più utilizzato un riflusso di gas di scarico.

La figura 2 mostra una disposizione di un motore a combustione interna a pistoni 1 comparabile alla figura 1 con due banchi di cilindri 2, 3 e, di volta in volta, un tronco di scarico 4, 5 con catalizzatori principali 6, 7- I tronchi di scarico 4, 5 sono collegati, a loro volta, a monte dei catalizzatori 6, 7 in corrispondenza dei loro segmenti di tubo 9, 10 attigui al motore tramite il segmento di raccordo 8. Secondo questo esempio di esecuzione è previsto che in ogni segmento di tubo 9, 10 dei due tronchi di scarico 4, 5 è disposto di volta in volta un elemento .di compensazione di lunghezza 11, 12.

La figura 3 mostra un'altra variante di esecuzione in cui, nel segmento di raccordo 8 tra i due tronchi di scarico 4, 5 del motore a combustione interna 1 è disposto un elemento di compensazione di lunghezza 13.

Eventualmente, sia in entrambi i tronchi di scarico sia nel segmento di raccordo interposto può essere indicato di volta in volta un elemento di compensazione di lunghezza.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Motore a combustione interna a pistoni a più cilindri con almeno due banchi di cilindri ai quali, di volta in volta è associato un tronco di scarico (4, 5) con un catalizzatore (6, 7), dove un banco di cilindri (3), in caso di motore a combustione interna (1) funzionante con carico parziale (3), è disattivabile, e con un segmento di raccordo (8) tra i tronchi di scarico (4, 5), caratterizzato dal fatto che il segmento di raccordo (8) è disposto a monte dei catalizzatori (6, 7) tra i segmenti di tubo (9, 10) e i tronchi di scarico (4, 5) e dal fatto che nel segmento di raccordo (8) è disposto un elemento di compensazione di lunghezza (13).
2 . Motore a combustione interna a pistoni secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che un elemento di compensazione di lunghezza (11, 12) è disposto nel segmento di tubo (9, 10) di un tronco di scarico (4, 5).
3. Motore a combustione interna a pistoni secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che in entrambi i tronchi di scarico (4, 5) è disposto di volta in volta un elemento di compensazione di lunghezza (11, 12).
4. Motore a combustione interna a pistoni secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che un dispositivo di depressione (14) è previsto nel tronco di scarico (5) di un banco di cilindri (3).
5. Motore a combustione interna a pistoni secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che il dispositivo di depressione (14) comprende un tubo di riflusso di gas di scarico (15).
6. Motore a combustione interna a pistoni secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il tubo di riflusso di gas di scarico (15) collega il tronco di scarico (5) del banco di cilindri (3) disattivabile con il tubo aspirante del banco di cilindri (2) riscaldato a massimo regime.