ITMI980420A1

ITMI980420A1 - Procedimento e dispositivo per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione

Info

Publication number: ITMI980420A1
Application number: IT98MI000420A
Authority: IT
Inventors: Heinz Stutzenberger; Ferdinand Grob; Nikolaus Benninger; Steffen Franke
Original assignee: Bosch Gmbh Robert
Priority date: 1997-03-15
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 1999-09-03
Also published as: KR19980080270A; DE19710842A1; JPH10252583A; IT1298456B1

Description

DESCRIZIONE

Stato della tecnica

L'invenzione riguarda un procedimento per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione, specialmente motori a combustione per autoveicoli, laddove al motore a combustione viene addotto un gas con elevato tenore di ossigeno (O2), che viene ricavato dall'aria atmo eferica attraverso almeno una membrana disposta nella camera e permeabile soltanto per molecole di ossigeno Dal DE-440468lC1 risul aun dispositivo nonchè un procedimento, per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione, in cui al gas di scarico di combustione viene addotto ossigeno O2 ricavato in una camera, disposta in un canale di aggi— ramento, per mezzo di una membrana permeabile,soltanto per molecole di ossigeno.

Con un arricchimento con ossigeno ditale tipo per l'aria fresca addotta al motore in primo luogo si aumenta la temperatura del gas di scarico e si riduce quindi il tempo di intervento del catalizzatore, ossia il tempo che intercorre fino a quan do il catalizzatore ha raggiunto la sua temperatura di esercizio ed ha sviluppato il suo pieno effetto Contemporaneamente migliora la conversione del combustibile nel motore, cosicchè vengono ridotte le emissioni grezze di monossido di carbonio e idrocarburi. CO, HC. Inoltre si riduce il tenore di azoto per la combustione, per cui si ottengono meno ossidi di azoto che devono essere necessariamente cat alizzati per ridurre l' inquinamento ambientale .

E' noto che circa l' 80% delle emissioni di monossido di carbonio CO e di idrocarburo HC di un motore a benzina si ottengono durante i primi 120 se condi dopo un avviamento a freddo. La causa di ciò è la carente conversione delle emissioni grezze del motore da parte del catalizzatore che non lavora ancora a temperatura di esercizio Pertanto in un primo momento l invenzione si pone il compito di sviluppare ulteriormente un procedimento per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione del genere in questione , in modo tale che viene ridotto il tempo di intervento del catalizzatore d in tal modo si rende possibile una riduzione delle emissioni nocive a valle del catalizzatore, specialmente nella fase di avviamento a freddo,

Vantaggi dell'invenzione

Per un procedimento per ridurre sostanze nocive,in gas di scarico di combustione di motori a combustione del genere descritto all'inizio,secondo l 'invenzione,questo problema viene isolto per il fatto che il gas con elevato tenore di ossigeno O 2 , in dipendenza del punto di esercizio del motore a combustione, viene miscelato all'aria di aspirazione.

Con la miscelazione del gas con elevato tenore di ossigeno, dipendente dal punto di esercizio , in modo particolarmente vantaggioso si ottiene che nel gas di combustione resiste un elevato tenore di ossigeno tutte le volte in ui ciò è necessario in seguito al punto di esercizio.

Vantaggiosamente il gas con elevato tenore di ossigeno O2 viene, aggiunto all' aria di aspirazione in uno o più dei seguenti stati di esercizio del motore a combustione ; nella fase di a iamento a freddo, nella fase, di funzionamento al minimo nella fase di funzionamento a caldo o nella fase di funzionamento a carico paziale . In questi stati di esercizio conformemente all.esperienza, esistono le emissioni estremamente nocive, lato uscita del catalizzatore, di mònossido di carbonio CO e di idrocarburi HC. Con l'arricchimento del tenore di ossigeno O2 durante queste fasi di esercizio è possibile ridurre decisamente queste emissioni. Inoltre con l'arricchimento con ossugeno dell'aria fresca addotta al motore viene aumentata la temperatura del gas di scarico, per cui viene ridotto il tempo di avviamento del catalizzatore e pertanto viene reso possibile un lavoro anticipato del catalizzatore.

Preferibilmente l'arricchimento con ossigeno O2 è del 25 fino al 35% in volume.

L'invenzione riguarda inoltre un dispositiv o per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione, specialmente motori a combustione per autoveicoli, laddove per rilevare un gas adducibile al motore a combustione con elevato tenore di ossigeno O2 dall'aria atmosferica è disposta almeno una membrana, che è situata in una camera, è sollecitabile con aria atmosferica ed è permeabile soltanto per molecole di ossigeno·

Relativamente a ciò essa si pone il compito di indicare un dispositivo per ridurre sostanze nocibe in gas di scarico di combustione di motori a combustione del genere in questione, che a bordo di un autoveicolo, per mezzo di un modulo a membrana ad esempio di fibre cave, di per sè noto, disposto in una camera, produce una corrente di aria con ele vato variabile flusso di massa di ossigeno O2 e in dipendenza del punto di esercizio la adduce all'aria di aspirazione del motore-endotermico-per ridurne le emissioni di sost nze nocive.

Per un dispositivo per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione del genere precedentemente descritto secondo l 'invenzione questo problema viene risolto per il fatto che la camera è disposta in un canale di aggiramento, che è disposto parallelamente al condotto di aspirazione,del motore endotermico e in dipendenza dello stato di esercizio del motore a combùstione , specialmente per uno o più dei seguenti sta ti di, esercizio ; nella fase di aviamento a freddo, ella fase di funzionamento al minimo, nella fase d funzionamento a caldo e nella fase di funzionamento sotto carico parziale, è apribile o chiudibile.

Con la disposizione della camera in un aggiuntivo canale di aggiramento, disposto parallelamente al condotto di aspirazione del motore a combustione si rende possibile l 'arricchimento dell'aria di aspi razione, dipendente dallo stato di esercizio, in modo particolarmonte vantaggioso in quanto particolarmente semplice. Tutte le olte in cui si desideri un arricchimento dell'aria i aspirazione con ossigeno viene aperto il canale di aggiramento e in tal modo si rende possibile un flusso attraverso la membrana che è disposta nel canale di aggiramento ed è permeabile soltanto per molecole di ossigeno.

Unicamente in via di principio il canale di aggiramento può essere aperto a piacere. Vantaggiosamente il canale di aggiramento è apribile e chiudibile per mezzo di un organo di impostazione e di funzionamento al minimo.

Per quanto riguarda la disposizione dell'or gano di ammissione e dell'organo di scarico della camera sono pensabili più diverse disposizioni. Una forma di realizzazione vantaggiosa prevede che l'or gano di ammissione e l'organo di scarico della camera siano disposti nel canale di aggiramento, in modo tale che la membrana viene percorsa in equicorrente ossia parallelamente alla disposizione di corrente dell'aria di aspirazione·

Un'altra forma di realizzazione particolarmente vantaggiosa, che produce un aumento del rendimento, prevede che organo di ammissione ed organo di scarico della camera siano disposti in modo tale che la membrana viene percorsa in controcorrente , ossia in senso opposto alla direzione di corrente dell'aria di aspirazione. Con questo attraversamenio in controcorrente della membrana sulla sua intera lunghezza si rende possibile un ottimale gradiente di tensione parziale dell'ossigeno già per effetto del flusso assai efficace attraverso la membrana, eseguita ad esempio come membrana a fibre cave.

Specialmente per evitare impurità nel condo to di aspirazione nonché nel canale di aggiramento è previsto vantaggiosamente un filtro dell'aria in comune sia per il condotto di aspirazione sia anche per il canale di aggiramento.

Un'altra forma di realizzazione prevede che per il condotto di aspirazione e per il canale di aggiramento sono previsti rispettivamente filtri dell'aria separati.

Per garantire una sufficiente corrente di aria attraverso la membrana, in una forma di realiz zazione è previsto preferibilmente che nel canale di aggiramento è disposta una soffiante inseribile in dipendenza delle esigenze, la quale garantisce una elevata ed eventualmente variabile tensione parziale dell'ossigeno rispetto al lato del permeato della membrana.

Per evitare una inversione della corrente d'aria nel canale di aggiramento è previsto che nel canale do aggiramento sia disposta almeno una valvo la di ritenuta.

Disegno

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell' invenzione formano oggetto della seguente descrizione nonché della rappresentazione grafica di alcuni esempi di realizzazione dell' invenzione .

In particolare: la figura 1 mostra un primo esempio di realizzazione di un dispositivo secondo l’invenzione per,ridurre sistanze nocive in gas di scarico di com bustione di motori ,a combustione,

la flgura 2 mostra un secondo esempio di realizzazione di un dispositivo secondo l'invenzione per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione,

la figura 3 mostra un terzo esempio di realizzazione di un dispositivo secondo l'invenzione per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di com bustione di motori a combustione.

la figura 4 mostra un quarto esempio di realizzazione di un dispositivo secondo l'invenzione per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione, e

la figura 5 mostra un quinto esempio di realizzazione di un dispositivo secondo l 'invenzione per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione·

Un primo esempio di realizzazione di un dispositivo per ridurre sostanze nocive in gas di sca rico di combustione, rappresentato in figura 1, com prende un condotto di aspirazione 10, in cui è disposta una valvola a farfalla 12. Nel condotto di aspirazione 10 fluisce tramite un filtro dell'aria 14 aria atmosferica in seguito alla depressione prò dotta dal (non rappresentato) motore a combustione. Parallelamente al condotto di aspirazione 10 è dispsto un canale di aggiramento 20, in cui è disposta una camera 21 comprendente un organo di ammissione 23 ed un organo di scarico 25.

Nella camera 21 è disposta una membrana 30 permeabile soltanto per molecole di ossigeno O · Questa membrana 30 in pratica è un fascio di membra ne a fibre cave, che dal lato di ammissione e dal lato di scarico sono incorporate ad esempio in una resina artificiale.

Nel canale di aggiramento 20 inoltre è disposta una valvola di ritenuta 22 impedente un riflusso nel canale di aggiramento 20, nonché una sof fiante 24, con cui la membrana 30 può essere solle— citata con una corrente d'aria soggetta a leggera pressione . Accanto allo scarico (permeato ) 25 della camera 21 è previsto un ulteriore scarico 32 della camera 21, da cui con il flusso attraverso la membrana 30 affluisce il materiale trattenuto arricchito con ossigeno.

Il canale di aggiramento 20 disposto parallelamente al condotto di aspirazione 10 tramite un organo di impostazione 10 di funzionamento al minimo è apribile e chiudibile comandato vantaggiosamente ad esempio per mezzo di un comando del motore. Ciò consente un arricchimento, dipendente dal punto di esercizio,dell'aria di aspirazione, addotta al motore endotermico, con ossigeno O2 .

Il dispositivo rappresentato in figura 1 per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combustione presenta ora la modalità di azione descritta in seguito:

dopo l'attraversamento dell'aria atmosferica attraverso il filtro dell'aria 1 4 in comune (vedere la corrente dell 'aria di aspirazione rappresentata nelle figure mediante frecce indicate con S, S1, S2, S3, S4, S5) la corrente di aria di aspirazione si ripartisce, cosicché, una parte dell'aria di aspirazione , rappresenta ta da una freccia S1, fluisce diretta -mente verso il motore a combustione (non rappresentato) un'ulteriore parte, rappresentata da frecce S2 fluisce tramite il canale di aggiramento 20 nella camera 21 e quindi attraverso il fascio di membrane 30 a fibre cave, il cui lato 27 del permeato , in seguito al collegamento apribile e chiudi bile mediante un organo di impostazione 16 di funzionamento al minimo, con il condotto di aspirazione 10 possiede una ridotta pressione gassosa rispetto alla corrente di aria applicata in corrispondenza dell'organo di ammissione 23 della camera 21 quindi in corrispondenza dell’organo di ammissione della membrana 30 a fibre cave. In particolare corrente d ' aria S2 , esistent e dal lato di ammissione , presenta una ensione parzale dell'ossigeno O2 più alta rispetto al lato 27 del permeato. In seguito a ciò in conseguenza delle speciali proprietà della membrana 30, descritte ad esempio nel DE-44 04- 681 C1,ha luogo un arricchimen to con ossigeno O2 sul lato 27 del permeato , osicchè miscelando la corr ente, d ' aria S1, circolante ne condotto di aspirazione 10, con l a corrente d'ari S3, presente a valle dello scarico 25 della camera 2 al motore a combustione viene addotta una corrente d' aria S4 arricchita con ossigeno, con un tenore va -r ia bile di O2 che è superiore al 21% in volume, preferibilmente con un tenore del l' ossigeno del 25 fino al 35% in volume.

In particolare la soffiante 24, inseribile in dipendenza delle esigenze, provvede per una suffic ente corrente di aria attraverso la membrana 30, che come precedentemente descritto è eseguita,come modulo a membrana a fibre cave, cosicché si garantisce permanentemente una tensione parziale dell' ossi -geno O2 elevata, eventualmente variabile, rispetto al lat o 27 del permeato.

L'aria residua arricchita con O2 abbandona la camera 21 come materiale trattenuto attraverso lo scarico 32.

In sati di marcia in cui dovrà aver luogo un arricchimento O 2 viene ape to l'organo di impostazione di funzionamento al minimo In stati di marcia in cui non deve aver luogo alcun arricchimento conossigeno, lo scarico del canale di aggiramento 20 viene chiuso mediante l'organo di impostazione 16 di funzionamento al minimo e viene disinserita la soffiante 24. La chiusura della valvola di ritenuta 22 impedisce l'inversione della direzione della corrennel canale di aggiramento 20. La chiusura di una ulteriore valvola di ritenuta 34 nello scarico 32 impedìsce l'entrata di aria non filtrata nella camera 21 e quindi nella membrana 30 mediante inversio ne della direzione di corrente nello scarico 32.

Si comprende che le valvole di ritenuta 24, 34 possono non occorrere quando per effetto di un funzionamento permanente della soffiante 24 anche quando chiuso l'organo di impostazione 16 di funzionamento al minimo, è garantita la preassegnata direzione di corrente (frecce S2) nel canale di aggiramento 20.

L'esempio di realizzazione rappresentato in figura 2 si distingue da quello rappresentato in fi gura 1 e descritto in precedenza dettagliatamente solo in quanto al posto di un filtro in comune 14 dell' aria sia per il condotto di aspirazione 10 sia anche per il canale di aggiramento 20 si utilizzano rispettivamente filtri separati 15, 17 dell'aria per il condotto di aspirazione 10 e per il canale di aggiramento 20.

Nell'esempio di realizzazione rappresentato in figura 3 non occorrono la soffiante 24 nonché l'organo di impostazione 16 di funzionamento al mi nimo. In questo esempio di realizzazione il vento durante la marcia e la pressione di aspirazione del motore provvedono per la corrente d'aria tramite la membrana 30.

L'adduzione della corrente d’aria "dipenden te dal punt o di esercizio " in questo esempio di realizzazione viene realizzata mediante la velocità del veicolo ;

Negli esempi di realizzazione rappresentati nelle figure 1 fino a 3 rispettivamente l'organo ammissione 23 e l'organo di scarico 25 della camera 21 e quindi organo di ammissione e l'organo di sca rico della membrana 30 sono disposti in modo che la membrana 30 viene percorsa in equicorrente , ossia parallelamente alla direzione della corrente dell'aria di aspirazione.

Negli esempi di realizzazione rappresentati schematicamente nelle figure 4 e 5 invece lorgano di ammissione 23 ell'organo di scarico 25 della camera 21 sono disposti in modo che la membrana 30 viene percorsa in controcorrente, ossia in direzione opposta lla direzione di corrente dell'aria aspirazione.Ciò è rappresentato schematicamente mediante recce indicate con S5. Con questo processo in conyrocorrente sull'intera lunghezza della membrana 30 si garantisce un ottimale gradiente di tensione parziale dell'ossigeno O2 come for a propellente della permeazione di ossigeno dalla corrente d'aria S2. Del resto l'esempio di realizzazione rappresentato in figura 4 corrisponde all'esempio di realizzazione in figura 1 (un filtro dell'aria 14 in comune per condotto di aspirazione 10 e canale di aggiramento 20) e l'esempio di realizzazione rappre sentato in figura 5 corrisponde a quello rappresenta to in figura 2 (rispettivamente filtro dell'aria separato (15, 17) per il condotto di aspirazione 10 e per il canale di ag iramento 20).

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per ridurre sostanze nocive in gas di scarica in combustione di motori a combustione specialmente motori a combustione per autoveico li, laddove al motore a combustione viene addotto gas con el evato tenoro di ossigeno (O2) , che viene ricavato dall'aria atmosferica mediante almeno una membrana (30), che è disposta in una camera (2l) ed è permeabile soltanto per molecole di ossigeno 02 caratterizzato dal fatto che il gas con elevato tenore di ossigeno O 2, in dipendenza del punto di esercizio del motore a combustione, viene miscelato all'aria di aspirazione.
2. Procedimento secondo la rivendicazione 1 aratterizzato dal f atto che il gas con elevato tenoredi ossigeno 0 viene miscelato all'aria di aspirazio ne in uno oppure più dei seguenti stati di esercizio del motore a combustione nella fase di avviamento a freddo nella fase funzionamento al minimo nella fase di funzionamento a caldo, nella fase sotto carico parziale.
3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 oppure 2 caratterizzato dal fatto che l'arricchimento con ossigeno O2 è compreso fra il 5 ed il 35% in volume.
4. Dispositivo per ridurre sostanze nocive in gas di scarico di combustione di motori a combusione, specialmente motori a combustione di autoveicoli, laddove per ricavare un gas; addicibile al motore a combustione, con elevato tenore di ossigeno O2 dall' aria atmosferica è disposta almeno una membrana (30), che è disposta in una camera (21), è sollecitabile on aria atmosferica ed è permeabile sol tanto per molecole di ossigeno O2, caratterizzato dal fatto che la camera (21 è disposta in un canale di aggiramento (20), he è disposta in parallelo al condotto di aspirazione (10) del motore a combustione e è apribile e chiudibile in dipendenza dello stato di esercizio del motore a combustione, specialmente in un o più dei seguenti stati di esercizio nella fase di avviamento a freddo, (nella fase di funzionamento al minimo, nella fase di funzionamento a caldo, nella fase ,sotto carico parziale.
5. Dispositivo secondo la rivendicazione caratterizzato dal fatto che il canale di aggiramento (20) è apribile e chiudibile tramite un orga o di impostazione di funzionamento al minimo (16).
6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 oppure 5 , caratterizzato dal fatto che l'organo di ammissione (23) e lorgano di scarico (25) della camera (21) sono disposti ne canale di aggiramento (2 ) , in modo tale che la membrana (30) viene percorsa in equicorrente.
7. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 oppure 5, caratterizzato dal fatto che l'organo di ammissione (23) e l'organo di scarico (25) della camera (21)sono disposti nel canale di aggiramento (20), in modo tale che la membfana (30)viene percorsa in co nt r oco r r en te.
8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 fino a 7, caratterizzato dal fatto che è previsto un filtro dell' aria (14) in comune per il condotto di aspirazione (10) e per il canale di aggi -ramento (20).
9. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 fino a 7 , caratterizzato dal fatto che per il condotto di aspirazione (10) e per il canale di aggiramento (20) sono previsti rispettivamente separati filtri dell'aria (15, 17).
10. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 4 fino a 9 , caratterizzato dal fatto che nel canale di aggiramento ( 20) è di sposta una soffiante (24) inseribile in dipendenza del fabbisogno.
11. Dispositivo secondo na delle rivendicazioni da 4 fino a 10, caratterizzato dal fatto che nel canale di aggiramento (20) è disposta almeno una val vola di ritenuta (22, 32).