ITNA20000041A1 - EQUIPMENT AND TECHNIQUES FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH LOW POLLUTING EMISSIONS AND HIGH EFFICIENCY, PROVIDED DO LOOPDI SCAR - Google Patents
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Description
Descrizione dell‘ invenzione industriale dal titolo: " Apparecchiature e tecniche per un motore a combustione interna con basse emissioni inquinanti ed elevata efficienza, provvisto di loop di scarico e di un sistema nuovo di riduzione degli inquinanti, che svolge il ciclo durante una rotazione dell’albero motore con un sistema di comunicazione, senza valvole, che rinnova la carica e provvede allo scarico dei gas nei volumi compresi fra la sommità del pistone e la testa dei cilindri.”. Description of the industrial invention entitled: "Equipment and techniques for an internal combustion engine with low polluting emissions and high efficiency, equipped with an exhaust loop and a new pollutant reduction system, which carries out the cycle during one rotation of the crankshaft with a communication system, without valves, which renews the charge and discharges the gases in the volumes between the top of the piston and the cylinder head. ".
SOMMARIO SUMMARY
Oggetto dell’ invenzione é un motore a combustione interna con nuovi equipaggiamenti e tecniche di funzionamento. Un equipaggiamento rotante a forma di cupola contenente una porta di comunicazione sostituisce le valvole. Stabilendosi la comunicazione con i condotti di alimentazione e di scarico il fluido di lavoro, compreso tra la sommità dei pistoni e la testa dei cilindri, viene rinnovato. Un secondo equipaggiamento è un sistema di scarico idoneo a ridurre (a pressione nei cilindri al di sotto di 1 atm. Adottando tecniche avanzate anche di combustione il ciclo viene compiuto in due sole corse del pistone. Un ultimo equipaggiamento, presente nel loop di scarico, depura i gas. ossidando gii incombusti in un blocco di celle a combustibile di volume ridotto e dissocia l’ NOx in un eletrolizzatore/ elettrocatalizzatore allo stato solido. Il motore, alimentato con idrocarburi liquidi o gassosi funziona senza detonazioni, con efficienza elevata e con emissioni molto ridotte, fornisce una potenza doppia a parità di velocità di rotazione dell’albero motore. The subject of the invention is an internal combustion engine with new equipment and operating techniques. A dome-shaped rotating fixture containing a communication port replaces the valves. By establishing communication with the supply and exhaust pipes, the working fluid, between the top of the pistons and the cylinder head, is renewed. A second piece of equipment is an exhaust system suitable for reducing (at pressure in the cylinders below 1 atm. By adopting advanced combustion techniques, the cycle is carried out in just two strokes of the piston. A last piece of equipment, present in the exhaust loop, it purifies the gases by oxidizing the unburnt materials in a block of fuel cells of reduced volume and dissociates the NOx in a solid state electrolyser / electrocatalyst. The engine, powered by liquid or gaseous hydrocarbons, runs without detonations, with high efficiency and with emissions very low, it provides double power at the same speed of rotation of the motor shaft.
DESCRIZIONE DESCRIPTION
L’invenzione si riferisce ad un motore a combustione interna preferenzialmente ad accensione comandata e iniezione diretta, nei cui cilindri si compiono (e fasi di alimentazione (dell’aria e del combustibile) - compressione - combustione/espansionescarico dei gas in un tempo pari a quello impiegato dal pistone per compiere due sole corse (cioè una rotazione dell’albero motore). Trattasi di motore che presenta sostanziali modifiche dei sistemi di alimentazione e di scarico rispetto agli attuali motori. The invention refers to an internal combustion engine preferentially with positive ignition and direct injection, in whose cylinders (and feeding phases (air and fuel) - compression - combustion / expansion - discharge of the gases are carried out in a time equal to the one used by the piston to perform only two strokes (ie one rotation of the crankshaft) This is an engine that has substantial modifications of the feeding and exhaust systems compared to current engines.
La nuova capacità di funzionamento è resa possibile da una porta di comunicazione rotante che sostituisce le comunicazioni con i condotti di alimentazione e di scarico che nei motori, oggi in uso, si stabiliscono mediante il movimento delle valvole. La porta di comunicazione agevola la formazione della miscela, secondo le modalità illustrate di seguito, utilizzando tecniche in parte tradizionali ed in parte innovative, Data l’assenza delle valvole i flussi di alimentazione possono essere agevolmente orientati. The new capability of operation is made possible by a rotating communication port that replaces the communications with the supply and exhaust pipes that are established in the engines, in use today, by the movement of the valves. The communication port facilitates the formation of the mixture, according to the methods illustrated below, using partly traditional and partly innovative techniques. Given the absence of valves, the supply flows can be easily oriented.
Alarne tecniche riguardano Γ immissione nel cilindro di miscele di tipi differenti per composizione (rapporto Combustibile/Aria), preparate separatamente ed immesse in tempi diversi, essendo una delle miscele una miscela ricca o il solo combustibile (Iniezione Diretta ) o anche una miscela ricca precedentemente infiammata in una precamera per mezzo di una candela ausiliario. E’ prevista l’immissione di sola aria quando l’elevato flusso di calore dalle pareti calde può produrre una anticipata accensione della prima finzione (fi miscela che entra nei cilindri dopo lo scarico, di sistema di iniezione diretta permette di ottenere una distribuzione volumetrica del combustibile sufficientemente omogenea prima dello scoccare della scintilla. Alarne techniques concern Γ injection into the cylinder of mixtures of different types by composition (Fuel / Air ratio), prepared separately and introduced at different times, being one of the mixtures a rich mixture or only the fuel (Direct Injection) or even a previously rich mixture ignited in a prechamber by means of an auxiliary candle. The introduction of air only is foreseen when the high heat flow from the hot walls can produce an early ignition of the first fiction (the mixture that enters the cylinders after the exhaust, of the direct injection system allows to obtain a volumetric distribution of the sufficiently homogeneous fuel before the spark strikes.
Il secondo nuovo componente del motore é un sistema di scarico, anch’esso strettamente connesso con il nuovo astenia di comunicazione, che consiste in un “loop” di scarico (con diverse configurazioni specifiche) che permette alla pressione dei gas residui nei cilindri di raggiungere un valore inferiore a 1 atm. loop permette Γ utilizzazione di sistemi di riduzione delle emissioni inquinanti operanti nelle specifiche condizioni per essi previste. The second new component of the engine is an exhaust system, also closely connected with the new communication asthenia, which consists of an exhaust "loop" (with different specific configurations) which allows the pressure of the residual gases in the cylinders to reach a value less than 1 atm. loop allows the use of systems for reducing polluting emissions operating under the specific conditions envisaged for them.
Questa riduzione, ottenuta insieme all’aumento dell 'efficienza, è lo scopo principale dell’invenzione. This reduction, obtained together with the increase in efficiency, is the main purpose of the invention.
L'ultimo dei nuovi componenti, che compie la funzione di trattamento disinquinante dei gas esausti, è inserito nel loop di scarico. Esso consiste in un sistema di reattori eletrochimici/elettrocatalitici, adatto per la riduzione simultanea delle specie inquinanti, cioé degli idrocarburi, del CO e degli ossidi di azoto (NOx) fino a valori delle concentrazioni molto bassi. The last of the new components, which performs the function of depolluting exhaust gases, is inserted in the exhaust loop. It consists of a system of electrochemical / electrocatalytic reactors, suitable for the simultaneous reduction of polluting species, ie hydrocarbons, CO and nitrogen oxides (NOx) down to very low concentrations.
La prima riduzione degli inquinanti è compiuta da un blocco di celle a combustibile che opera sui gas di scarico in condizioni riducenti e ad una temperatura sufficientemente elevata. Le celle producono energia elettrica per mezzo della conversione diretta dell' energia derivante dalla ossidazione degli incombusti - che costituisce (a parte residua dell’energia totale dei combustibile . The first reduction of pollutants is accomplished by a block of fuel cells which operates on the exhaust gases in reducing conditions and at a sufficiently high temperature. The cells produce electricity by means of the direct conversion of the energy resulting from the oxidation of the unburnt materials - which constitutes (apart from the residual part of the total energy of the fuel.
secondo reattore é un nuovo reattore elettrochimico/elettrocatalitico adatto alla riduzione del contenuto di NO in gas esausti ed è del tipo detto "monolita” operante in controcorrente. Esso funziona come una celia di elettrolisi che dissocia l’ossido nitrico (NO) - con una elevata velocità di reazione e basa valori residui e trasporta verso l’esterno della corrente di fumi l’ossigeno (oxygen pump), utilizzando l’energia elettrica prodotta dalle celle a combustibile. Il sistema descritto contribuisce in misura notevole alla riduzione delia concentrazione allo scarico degli NOx i cui effetti sono noti come i più nocivi tra quelli dovuti agli inquinanti prodotti da fonti mobili. second reactor is a new electrochemical / electrocatalytic reactor suitable for the reduction of NO content in exhaust gases and is of the type called "monolith" operating in countercurrent. It works as an electrolysis celia that dissociates nitric oxide (NO) - with a high reaction rate and bases residual values and transports the oxygen to the outside of the flue gas stream (oxygen pump), using the electricity produced by the fuel cells. The system described contributes significantly to the reduction of the exhaust concentration of NOx whose effects are known as the most harmful among those due to pollutants produced by mobile sources.
Un motore che è provvisto dei sistemi elencati, secondo le singole soluzioni adattate alla caratteristiche del veicolo o alle altre utilizzazioni, costituisce complessivamente l’oggetto della presente invenzione An engine that is equipped with the systems listed, according to the individual solutions adapted to the characteristics of the vehicle or to other uses, constitutes the object of the present invention as a whole
L’ alimentazione con una miscela di aria e benzina ( o con un combustibile gassoso) infiammata da candele di accensione, rappresenta la preferenziale ma non esclusiva applicazione della cupola rotante, essendo quest’ ultima adatta anche per motori con combustione per compressione. Feeding with a mixture of air and petrol (or with a gaseous fuel) ignited by spark plugs, represents the preferential but not exclusive application of the rotating dome, the latter being also suitable for engines with compression combustion.
Essendo la riduzione degli inquinanti e quella del consumo di combustibile i due obiettivi che sono allo stato attuale simultaneamente perseguiti e sempre più efficacemente raggiunti, al nuovo motore vengono estesi alcuni dei principali ed utili miglioramenti, giù noti. Questi riguardano le condizioni fluido-dinamiche di immissione delle correnti, il controllo elettronico dell 'iniezione, in uso sia per i motori ad accensione comandata che per quelli ad accensione per compressione. Le tecniche note sono indirizzate insieme con le nuove ai problemi irrisolti e, specificamente, a quelli che sono all’ origine dalla bassa efficienza della conversione dell’energia dei combustibili che riguarda particolarmente i motori ad accensione comandata. Since the reduction of pollutants and that of fuel consumption are the two objectives that are currently simultaneously pursued and increasingly effectively achieved, some of the main and useful improvements, already known, are extended to the new engine. These concern the fluid-dynamic conditions for the introduction of currents, the electronic control of the injection, in use both for positive ignition engines and for compression ignition engines. The known techniques are addressed together with the new ones to unsolved problems and, specifically, to those that originate from the low efficiency of the energy conversion of fuels, which particularly concerns spark ignition engines.
Stato dell 'arte State of the art
Attualmente si stima che la differenza tra Γ efficienza di un motore ad accensione comandata rispetto a quella di uno ad accensione per compressione è compresa fra il 6% a 1’ 8%. I miglioramenti ottenuti con l’iniezione diretta o indiretta non sono stati completamente applicati al motore ad accensione comandata, quindi la differenza nell’ efficienza globale di utilizzazione del combustibile può essere ridotta migliorando le tecniche di iniezione anche per questo tipo di motore. Il fenomeno della detonazione ed il conseguente più basso rapporto di compressione del motore ad accensione comandata verrà considerata in questo contesto come connesso alle limitazioni dell’attuale rido ed insieme verranno indicate le tecniche idonee a ridurlo. I miglioramenti dei motore a combustione interna che oggi vengono perseguiti sono rivolti ad incrementare la potenza specifica fornita a parità di consumo. Per un angolo cilindro la potenza disponibile durante una corsa utile (P) [Watt] è definita dalla relazione 1) : It is currently estimated that the difference between Γ efficiency of a positive ignition engine compared to that of a compression ignition engine is between 6% and 1 '8%. The improvements obtained with direct or indirect injection have not been fully applied to the spark ignition engine, so the difference in overall fuel utilization efficiency can be reduced by improving injection techniques for this type of engine as well. The phenomenon of detonation and the consequent lower compression ratio of the spark ignition engine will be considered in this context as connected to the limitations of the current ride and together the techniques suitable for reducing it will be indicated. The improvements of the internal combustion engine that are being pursued today are aimed at increasing the specific power supplied with the same consumption. For a cylinder angle the power available during a useful stroke (P) [Watt] is defined by the relation 1):
essendo. being.
dove: where is it:
Wc= lavoro per singolo rido del pistone Wc = work for single use of the piston
N = numero ri giri dell’albero motore N = number of revolutions of the crankshaft
L - corsa del pistone [m] L - piston stroke [m]
Ap = area della sezione trasversale del pistone [m2] Ap = cross-sectional area of the piston [m2]
pm. = pressione media effettiva nel cilindro pm. = actual average pressure in the cylinder
La relazione 1) é valida solo se esiste una corsa utile per ciascuna rotazione completa dell’albero motore (360°). Per ricavare il valore della potenza per un motore che compie 4 corse (720°) per ogni corsa utile la relazione corretta si ottiene mediante l’introduzione del fattore in cui (i) vale: T (=Two) o F (=Four). The relation 1) is valid only if there is a useful stroke for each complete rotation of the crankshaft (360 °). To obtain the power value for a motor that performs 4 strokes (720 °) for each useful stroke, the correct relationship is obtained by introducing the factor in which (i) is: T (= Two) or F (= Four) .
essendo: being:
= 1 per il cilindro che compie due corse (360°) per corsa utile = 1 for the cylinder that performs two strokes (360 °) per useful stroke
= 2 se il cilindro compie quatto corse (720°). per corsa utile = 2 if the cylinder makes four strokes (720 °). per useful stroke
La relazione corretta per la valutazione della potenza di un motore a combustione interna diventa: The correct relationship for evaluating the power of an internal combustion engine becomes:
E’ chiaro che il motore a 4 corse del pistone fornisce un valore della potenza ridotto a metà in ogni rotazione dell’albero motore, perché in un ciclo completo due corse sono compiute in eccesso rispetto a quelle che forniscono lavoro utile. E’ anche utile mettere in relazione la potenza del motore con la velocità lineare media del pistone, cioè: It is clear that the 4-stroke piston engine provides a power value reduced by half in each rotation of the crankshaft, because in a complete cycle two strokes are performed in excess of those that provide useful work. It is also useful to relate the engine power to the average linear speed of the piston, that is:
essendo: being:
dove: Sp = velocità media del pistone where: Sp = average piston speed
Dalle relazioni (1 e 2) risulta che, per i motori attuali, quando si raggiungono soddisfacenti prestazioni per mezzo di miglioramenti del sistema di alimentazione, o con una maggiore turbolenza del flusso immesso nei cilindri (ad esempio con lo “swirling” ) o con il controllo elettronico dell’ accensione, etc, ottenendo più alti valori della pressione media effettiva (me), viene incrementata anche la velocità del pistone. I più elevato valore delle perdite di potenza - connesse con la velocità del pistone - impediscono che la potenza sia completamente utilizzata se la velodtà di rotazione aumenta oltre un certo valore. Il sistema di comunicazione con valvole contribuisce alle perdite di potenza utile. From relations (1 and 2) it appears that, for current engines, when satisfactory performance is achieved by means of improvements in the fuel system, or with greater turbulence of the flow introduced into the cylinders (for example with "swirling") or with the electronic ignition control, etc, obtaining higher values of the average effective pressure (me), the piston speed is also increased. The higher value of the power losses - connected with the piston speed - prevent the power from being fully utilized if the rotation speed increases beyond a certain value. The valve communication system contributes to useful power losses.
Qualsiasi incremento della potenza oltre il valore massimo incrementa il consumo di combustibile e riduce la durata del motore. Any increase in power beyond the maximum value increases fuel consumption and reduces engine life.
La soluzione consistente nell’incremento delia cilindrata totale del motore, che potrebbe fornire una maggiore potenza, a parità di velocità di rotazione dell’albero motore, è limitata dal peso del motore e del veicolo e dalla complessità della costruzione. Queste limitazioni sono le conseguenze connesse con il ciclo compiuto dal motore a quattro come, per il quale la potenza è solo la metà della potenza che potrebbe essere fornita da un motore che compisse gli stessi processi in un tempo ridotto a quello impiegato dall’albero motore in una sola rotazione, cioè in due corse dei pistone. The solution consisting in increasing the total displacement of the engine, which could provide greater power, at the same speed of rotation of the crankshaft, is limited by the weight of the engine and the vehicle and the complexity of the construction. These limitations are the consequences connected with the cycle completed by the four engine as, for which the power is only half of the power that could be supplied by an engine that performs the same processes in a time reduced to that used by the crankshaft. in a single rotation, i.e. in two piston strokes.
Le soluzioni oggi disponibili per i sistemi di alimentazione e gli approfondimenti sul processo di combustione non sono state utilizzate, a tutt ’oggi, per ricavare dal motore la potenza che si rende disponibile in un ciclo di 360 gradi escludendo la corsa che va dalla fine della fase di scarico dal BBC al TC e quella successiva di riempimento tra TC e BBC., lasciando solo due corse per l’intero ciclo. Questa soluzione -ottenuta riducendo le durate delle singole fasi con equipaggiamenti strumenti di controllo e tecniche adeguate, consente di ottenere una potenza doppia a parità di regime di rotazione essa costituisce un principale oggetto della presente invenzione The solutions available today for fuel systems and insights into the combustion process have not been used, to date, to derive from the engine the power that is available in a 360-degree cycle excluding the stroke that goes from the end of the unloading phase from the BBC to the TC and the subsequent filling phase between TC and BBC., leaving only two strokes for the entire cycle. This solution - obtained by reducing the durations of the individual phases with adequate equipment, control instruments and techniques - allows to obtain double power with the same speed of rotation. It constitutes a main object of the present invention
Per ί motori dei tipo attuale (con alimentazione e scarico dall’alto dei cilindro ai quali possono essere applicate le nuove tecniche di alimentazione e di riduzione degli inquinanti) risulta particolarmente utile che detta soluzione - con la quale si ottiene la riduzione della durata del ciclo da 720° a 360° - sia ottenuta mediante un sistema che funziona con limitate perdite meccaniche. For engines of the current type (with feeding and unloading from the top of the cylinder to which the new techniques of feeding and reducing pollutants can be applied) it is particularly useful that this solution - with which the cycle duration is reduced from 720 ° to 360 ° - is achieved by a system that works with limited mechanical losses.
La riduzione della durata del ciclo completo da 720° a 360° della albero motore fornisce vantaggi che vanno considerati a seconda cilindrata totale che si sceglie nella fase di progettazione. The reduction of the duration of the complete cycle from 720 ° to 360 ° of the crankshaft provides advantages that must be considered according to the total displacement that is chosen in the design phase.
A) Rimanendo invariata la cilindrata totale, il miglioramento è equivalente a: A) While the total displacement remains unchanged, the improvement is equivalent to:
(i) - un incremento della potenza complessiva, (i) - an increase in overall power,
(ii) - una più bassa velocità di rotazione per la stessa potenza disponibile. (ii) - a lower rotation speed for the same available power.
La sostituzione del vecchio con il nuovo motore, evita il funzionamento con regimi di rotazione elevata essendo sempre abbondante la potenza disponibile. Replacing the old one with the new engine avoids operation with high rotation speeds as the available power is always abundant.
B) Se la cilindrata totale viene ridotta, preferenzialmente al 50%-60%, nella fase di progetto del motore il vantaggio è: B) If the total displacement is reduced, preferably to 50% -60%, in the engine design phase the advantage is:
(ίίί) - motore operante secondo il ciclo a quattro corse può essere sostituito con un motore più semplice avente bassa cilindrata totale e quindi peso e costo minori In entrambi i casi ( A e B) la maggiore potenza disponibile a regimi più bassi di rotazione comporta un’ accelerazione più immediata del veicolo ed una giuda più agevole. Il consumo di combustibile diminuisce principalmente per l' incremento di efficienza ottenuta con la nuova tecnica di iniezione del motore che può essere provvisto di due sistemi di accensione e di nuovi sistemi di immissione. (ίίί) - engine operating according to the four-stroke cycle can be replaced with a simpler engine having a low total displacement and therefore lower weight and cost In both cases (A and B) the greater power available at lower engine speeds entails more immediate acceleration of the vehicle and easier driving. Fuel consumption decreases mainly due to the increase in efficiency obtained with the new injection technique of the engine which can be equipped with two ignition systems and new intake systems.
L’effetto sul consumo di combustibile dell’ efficienza del motore quando viene espressa come efficienza di conversione del combustibile si evidenzia nella relazione: The effect on fuel consumption of engine efficiency when expressed as fuel conversion efficiency is highlighted in the relationship:
dove mf è la portata di massa del combustibile where mf is the mass flow of the fuel
è il potere calorifico del combustibile is the calorific value of the fuel
Un incremento dell’efficienza quando viene ridotta la velocità di rotazione - come per il caso deriva dalla più bassa incidenza delle perdite che si ottiene quando vengono eliminate le due corse supplementari e non utili. An increase in efficiency when the rotation speed is reduced - as in the case, derives from the lower incidence of losses that is obtained when the two additional and not useful strokes are eliminated.
Nel nuovo motore viene ridotta anche la resistenza al moto delle valvole esercitata dalia pressione esistente nei cilindri. Il moto del fluido viene semplificato nel corso delle fasi di alimentazione e di scarico dal nuovo sistema di comunicazione. The resistance to valve motion exerted by the pressure in the cylinders is also reduced in the new engine. The motion of the fluid is simplified during the supply and discharge phases by the new communication system.
Il consumo di combustibile, oltre che per le minori perdite, è ridotto per effetto dell’ incremento della pressione media effettiva (mep) dovuto al più alto rapporto di compressione. Per quest’ ultimo miglioramento è necessario l’uso di tecniche che evitano il fenomeno della detonazione. Esistono già tecniche di alimentazione e modalità di combustione idonee che vengono rese di più semplice attuazione con l’uso delle nuove apparecchiature. A titolo esemplificativo si fa riferimento all’ alimentazione di lina miscela già infiammata e capace di distribuire nel cilindro prodotti intermedi della combustione sotto forma di “kernes” da cui originano le fiamme. The fuel consumption, in addition to the lower losses, is reduced due to the increase in the effective average pressure (mep) due to the higher compression ratio. For this last improvement it is necessary to use techniques that avoid the phenomenon of detonation. There are already suitable feeding techniques and combustion methods that are made easier to implement with the use of new equipment. By way of example, reference is made to the feeding of a mixture line already ignited and capable of distributing intermediate combustion products in the cylinder in the form of "kernes" from which the flames originate.
Esposizione dell 'invenzione Exhibition of the invention
Il moto alternato dei pistoni trae orìgine dal motore azionato dal vapore che ha segnato l' inizio dello sviluppo industriale negli ultimi anni del 18° secolo Tra le tre vie che portano alla produzione di lavoro meccanico utile per mezzo di un motore a combustione interna (che sono: (1): con pistoni, (2): con turbine e (3): con getti) il motore a combustione interna che segue la prima alternativa è stato definitivamente impiegato per la propulsione di veicoli su strada (e ferroviari, per aereomobili e imbarcazioni) nonché per la produzione di energia elettrica.. Qualche utilizzazione delle turbine per auto da competizione é stata fetta nel corso degli anni ‘50. Tutti gli stadi del ciclo della turbina, a partire dall’immissione del combustibile fino allo scarico dei gas esausti sono di tipo continuo (flow), anche la combustione e la produzione di lavoro utile sono processi continui.. Al contrario per i motori che utilizzano il moto alternativo dei pistoni i volumi libai dei cilindri tra il pistone e la testa dd cilindro costituiscono lo spazio in cui evolvono rapidamente processi discontinui. The reciprocating motion of the pistons originates from the steam-driven engine which marked the beginning of industrial development in the last years of the 18th century. are: (1): with pistons, (2): with turbines and (3): with jets) the internal combustion engine that follows the first alternative has been definitively used for the propulsion of road vehicles (and railways, for aircraft and boats) as well as for the production of electrical energy. Some use of turbines for racing cars was popular during the 1950s. All the stages of the turbine cycle, starting from the injection of the fuel up to the exhaust of the exhaust gases, are continuous (flow), also the combustion and the production of useful work are continuous processes. On the contrary for the engines that use the reciprocating motion of the pistons the free volumes of the cylinders between the piston and the cylinder head constitute the space in which discontinuous processes evolve rapidly.
I problemi della connessione tra i sottosistemi ( di immissione e discarico) é stato risolto finora per mezzo delle valvole. Oltre la turbina ed i motori a getti (tuibojet, ramjet) solo nel motore Wankel il moto alternato dei pistoni é assente. Questo motore é disponibile per Γ applicazione all’ autotrazione fin dal 1957. The problems of the connection between the subsystems (intake and exhaust) have so far been solved by means of valves. Besides the turbine and the jet engines (tuibojet, ramjet) only in the Wankel engine the reciprocating motion of the pistons is absent. This engine has been available for automotive application since 1957.
Quando si considera il motore Wankel, risulta chiaro che esso ha tre volumi interni rotarti e che la comunicazione con i sistemi esterni è effettuata mediante due porte (immissione e scarico) fisse nella loro posizione nello spazio. In questo motore a combustione interna non sono presenti valvole tra i volumi dei gas - che evolvono secondo le fasi previste - ed i suddetti sistemi di alimentazione e di scarico. Si osserva che i volumi interra in cui avvengono trasformazioni discontinue (batch) per mezzo della rotazione raggiungono (e posizioni fisse dei sistemi di ingresso e di scarico. When we consider the Wankel engine, it is clear that it has three internal rotatable volumes and that communication with external systems is carried out by means of two doors (intake and exhaust) fixed in their position in space. In this internal combustion engine there are no valves between the gas volumes - which evolve according to the foreseen phases - and the aforementioned fuel and exhaust systems. It is observed that the underground volumes in which discontinuous (batch) transformations occur by means of rotation reach (and fixed positions of the inlet and discharge systems.
Secondo la presente invenzione, invece, lasciando il sottosistema del motore costituito dai clindri e dai pistoni fissi nello spazio, si torva che lo strumento che consente la comunicazione con i sottoastemi di immissione e di scarico può essere costituito da un’ apparecchiatura supplementare, con (a forma di guscio semisferico, posizionata alla sommità del cilindro che ruota con un perìodo di rotazione uguale a quello dell’ albero motore. Le fasi di alimentazione e di scarico possono essere compiute se detta apparecchiatura ha una porzione della parete forata (porta) che si sovrappone una volta con la sezione terminale del condotto di alimentazione - quando la miscela dev’essere immessa nel cilindro - e, una seconda volta, stabilisce la comunicazione nei riguardi della sezione iniziale del sistema di scarico per allontanare i gas combusti. In questo modo un’ apparecchiatura rotante é capace di creare le necessarie comunicazioni per mezzo di una sola porta con i sistemi di alimentazone e di scarico. I periodo della rotazione della porta viene reso esattamente uguale a quello dell’albero motore mediante un sistema di trasmissione meccanica. La porta rotante è perciò equivalente ad un sistema di valvole per il fatto che la comunicazione viene attivata per un intervallo di tempo stabilito per l’immissione della corrente fluida e, successivamente - dopo una rotazione di ampiezza opportuna - per compiere la fase di scarico. According to the present invention, however, leaving the subsystem of the engine consisting of cylinders and pistons fixed in the space, it is found that the instrument that allows communication with the inlet and exhaust subassemblies can be constituted by an additional equipment, with ( in the shape of a hemispherical shell, positioned at the top of the cylinder which rotates with a rotation period equal to that of the drive shaft. The feeding and unloading phases can be carried out if said equipment has a portion of the perforated wall (door) which is overlaps once with the end section of the supply duct - when the mixture is to be introduced into the cylinder - and, a second time, establishes communication towards the initial section of the exhaust system to remove the burnt gases. The rotating equipment is capable of creating the necessary communications by means of a single port with the power systems and exhaust. The period of rotation of the door is made exactly equal to that of the motor shaft by means of a mechanical transmission system. The revolving door is therefore equivalent to a system of valves due to the fact that the communication is activated for a set time interval for the introduction of the fluid current and, subsequently - after a rotation of suitable amplitude - to carry out the discharge phase.
Effettuando un confronto con le porte di comunicazione del motore Wankel è agevole constatare che la differenza consiste nelle posizioni relative che risultano mutate. Nel motore Wankel i volumi di gas, che compiono il ciclo e forniscono lavoro utile, ruotano rispetto alle porte fisse; nel motore che costituisce l’oggetto della presente invenzione, la porta ruota mentre il volume di reazione risulta fisso nella sua posizione nel cilindro. In più, questa similitudine conferma che un ciclo Otto completo può essere effettuato nel corso di una sola rotazione dell’albero motore, cosi come avviene nel motore Wankel. Making a comparison with the communication ports of the Wankel engine, it is easy to see that the difference consists in the relative positions that have changed. In the Wankel engine, the volumes of gas, which cycle and provide useful work, rotate with respect to the fixed ports; in the motor which is the object of the present invention, the door rotates while the reaction volume is fixed in its position in the cylinder. In addition, this similarity confirms that a complete Otto cycle can be carried out in the course of a single rotation of the crankshaft, as occurs in the Wankel engine.
Secondo questa invenzione, ciascun cilindro provvisto dell’equipaggiamento rotante, contiene la candela di accensione principale in una posizione fissa, che ha il proprio asse sovrapposto all’asse del cilindro. According to this invention, each cylinder equipped with the rotating equipment contains the main spark plug in a fixed position, which has its axis superimposed on the cylinder axis.
Durante la fase di immissione della miscela la porta di comunicazione scopre la sezione trasversale finale del sistema di immissione ( preferenzialmente del tipo sovralimentato). Nel corso della rotazione dell’equipaggiamento - denominato “cupola rotante” - il valore dell’area della sezione di immissione cresce da zero fino al un valore massimo (sovrapposizione completa) durante la rotazione, quindi diminuisce fino ad annullarsi. During the inlet phase of the mixture the communication port discovers the final cross section of the inlet system (preferably of the supercharged type). During the rotation of the equipment - called "rotating dome" - the value of the area of the inlet section increases from zero to a maximum value (complete overlap) during rotation, then decreases until it disappears.
L’ area equivalente della sezione di comunicazione é calcolata in modo da risultare almeno pari all’area di passaggio che si realizza con le valvole di immissione. The equivalent area of the communication section is calculated so as to be at least equal to the passage area that is achieved with the inlet valves.
Quando, dopo la fase di espansione, la comunicazione si stabilisce con il sistema di scarico, un nuovo sistema provvede, secondo la presente invenzione, alla riduzione fino ad un valore subatmosferico della pressione esterna al condotto di scarico, cioè nel volume libero del cilindro. When, after the expansion phase, the communication is established with the exhaust system, a new system provides, according to the present invention, to the reduction to a subatmospheric value of the pressure external to the exhaust duct, that is in the free volume of the cylinder.
Il nuovo sistema di scarico consiste in un “loop” che funziona con un rapporto di riciclo regolabile, lungo il quale i singoli cilindri scaricano i gas esausti. La riduzione della pressione è ottenuta per l' effetto Venturi prodotto dalla corrente riciclata. The new exhaust system consists of a “loop” that works with an adjustable recycling ratio, along which the individual cylinders discharge the exhausted gases. The pressure reduction is achieved by the Venturi effect produced by the recycled current.
Il rapporto di ricircolazione, cioè della portata riciclata (qr) rispetto alla portata (Q) scaricata (o immessa complessivamente dai cilindri) è fissato nell’intervallo compreso tra 0,1 ed 1,0. The recirculation ratio, that is, the recycled flow rate (qr) with respect to the flow rate (Q) discharged (or introduced overall by the cylinders) is set in the range between 0.1 and 1.0.
Sono previsti tre tipi di “loop" . Π primo contiene un sistema di recupero dell’ energia ed uno per la riduzione degli inquinanti pericolosi presenti nei gas esausti (operante nello stesso campo di temperatura dei sistemi attuali). Il sistema di recupero dell’energia può essere: il wave compressor (comprex) o il turbocompressore. There are three types of "loop". Π the first contains an energy recovery system and one for the reduction of hazardous pollutants present in the exhaust gases (operating in the same temperature range as current systems). The energy recovery system it can be: the wave compressor (comprex) or the turbocharger.
Il secondo tipo di loop non contiene alcun sistema di recupero dell’energia nell’anello percorso dalla corrente di riciclo. The second type of loop does not contain any energy recovery system in the loop crossed by the recycling current.
Il terzo loop contiene un sistema di recupero nel tratto non appartenente all’anello di riddo, cioè nel tratto finale dei condotti di scarico. I condotti dell’ anello di ricco, (e cui pareti intern sono a contatto con i gas di scarico, sono costruiti con materiali isolanti. In questo caso la temperatura dei gas esausti é mantenuta nell’intervallo fra 950 °Ce 1.100 °C. The third loop contains a recovery system in the section not belonging to the redo ring, that is, in the final section of the exhaust ducts. The ducts of the rich ring, (and whose internal walls are in contact with the exhaust gases, are built with insulating materials. In this case the temperature of the exhaust gases is maintained in the range between 950 ° C and 1,100 ° C.
Anche le pareti interne dei cilindri e della cupola rotante sono costruite con materiale ceramico (o presentano un rivestimento isolante sulla superfide a contatto con i gas). Per questa terza soluzione - che consente di mantenere i gas a più alta temperatura -l'invenzione prevede di adoperare un nuovo sistema per la riduzione degli inquinanti, basato su reazioni, processi e reattori di tipo elettrochimico/elettrocatalitico che operano nel campo di temperatura tra 900°C e 1.100°C.. The internal walls of the cylinders and the rotating dome are also built with ceramic material (or have an insulating coating on the surface in contact with the gases). For this third solution - which allows the gases to be kept at a higher temperature - the invention envisages the use of a new system for the reduction of pollutants, based on electrochemical / electrocatalytic reactions, processes and reactors operating in the temperature range between 900 ° C and 1,100 ° C ..
I sistema consiste di due reattori. Uno è un blocco di celle a combustibile dd tipi che garantiscono una elevata densità della potenza ( >1.000 kW/m<3>). Le soluzioni preferite sono: celle ad elettrolita solido in blocchi del tipo monolita o blocchi di celle tubolari. The system consists of two reactors. One is a block of fuel cells of d types which ensure a high power density (> 1,000 kW / m <3>). The preferred solutions are: solid electrolyte cells in blocks of the monolithic type or blocks of tubular cells.
Il secondo reatore è un eletrolizzatore basato anch’esso sulla proprietà degli ossidi metallid misti consistente nel trasporto rapido dell'ossigeno ( fast ionie transport), per la quale vengono definiti “elettroliti solidi”. Esso viene impiegato per eliminare l’ossigeno dalla miscela gassosa (coulometric technique) quando viene applicata una £e.m. dall’esterno funzionando secondo la modalità detta “oxygen pump”. L’ossigeno sottratto dalla coniente di gas vi è anche quello che deriva dalla dissociazione degli ossidi di azoto e specificamente dall’ossido nitrico (NO). Questo composto è caratterizzato da una bassa stabilità ( il valore dell’energia libera (ΔG°) della reazioni di dissociazione. A 1.200 °K i valori di ΔG° e della costante (K) di equilibrio sono: The second reactor is an electrolyser based also on the property of mixed metallid oxides consisting in the rapid transport of oxygen (fast ionie transport), for which they are defined as "solid electrolytes". It is used to remove oxygen from the gaseous mixture (coulometric technique) when a £ e.m is applied. from the outside, operating according to the so-called "oxygen pump" mode. The oxygen subtracted from the gas is also that which derives from the dissociation of nitrogen oxides and specifically from nitric oxide (NO). This compound is characterized by low stability (the free energy value (ΔG °) of the dissociation reactions. At 1,200 ° K the values of ΔG ° and the equilibrium constant (K) are:
La nuova apparecchiatura viene utilizzata per dissociare l NO presente nei gas di scarico che alimentano la mezza cella catodica. La tecnica di trasporto dell’ ossigeno è nota ed è esposta da S Otsuka e Z. Kozuka in “Met. Trans. B March 1985-, 1113-1119.” per la misura del contenuto di ossigeno nei metalli fino a valori di 1 ppm. E’ inoltre esposta per l’applicazione alla disossidazione spinta di bagni metallici da Karl Eric Óberg in Met. Trans. 4 (1973)75 e da Dieter.Janke in Z.Metallkde Bd.69 (1978) H.5. La dissociazione dell’ossido di azoto è esposta da M Kurr e A. Huggins in “J. Electrochemical Society Vol.126, No.6, 1067-1074 June 1979. The new equipment is used to dissociate the NO present in the exhaust gases that feed the cathode half cell. The oxygen transport technique is known and is exposed by S Otsuka and Z. Kozuka in "Met. Trans. B March 1985-, 1113-1119. " for measuring the oxygen content in metals up to values of 1 ppm. It is also exhibited for the application to the deoxidation of metal baths by Karl Eric Óberg in Met. Trans. 4 (1973) 75 and by Dieter.Janke in Z.Metallkde Bd.69 (1978) H.5. The dissociation of nitric oxide is exposed by M Kurr and A. Huggins in "J. Electrochemical Society Vol. 126, No. 6, 1067-1074 June 1979.
reattore elettrochimico/elettrocatalitico i valori della velocità di reazione sono almeno di tre ordini di grandezza superiori rispetto ai valori della reazione catalitica di dissociazione. electrochemical / electrocatalytic reactor the reaction rate values are at least three orders of magnitude higher than the values of the dissociation catalytic reaction.
L’energia elettrica, ricavata dalle celle a combustibile nel processo di ossidazione degli incombusti residui, può essere prodotta in una quantità sufficiente ed in modo da essere utilizzata immediatamente nell’altro reattore che compie il processo di riduzione degli ossidi di azoto. L’ eliminazione dalla corrente di gas esausti di questo inquinante (NO), secondo l' invenzione, può essere compiuta in un reattore - con i Ausa (aria e gas esausti) in controcorrente - del tipo noto come “monolita” con pareti contenenti sulla superficie uno strato di elettrolita solido, essendo la f.e.m. applicata compresa nell’intervallo da circa 2 Volt fino a 12Volt. Dopo i due trattamenti i gas scaricati nell’ atmosfera presentano concentrazioni molto basse delle specie inquinanti: CO, idrocarburi incombusti ed NOx. The electricity, obtained from the fuel cells in the oxidation process of the unburnt residues, can be produced in a sufficient quantity and so that it can be used immediately in the other reactor which carries out the nitrogen oxide reduction process. The elimination from the exhaust gas stream of this pollutant (NO), according to the invention, can be carried out in a reactor - with the Ausa (air and exhaust gas) in countercurrent - of the type known as "monolith" with walls containing on the surface a layer of solid electrolyte, being the f.e.m. applied within the range from about 2 Volts up to 12Volt. After the two treatments, the gases discharged into the atmosphere have very low concentrations of the polluting species: CO, unburnt hydrocarbons and NOx.
Oggeti dell ' invenzione Objects of the invention
Il primo oggetto di questa invenzione - che è valido per tutte le utilizzazioni, alcune delle quali verranno esposte non con intento limitativo - è un nuovo motore a combustione interna, che contiene pistoni in numero da 1 ad oltre 12 ed è alimentato dall’alto con benzina ( o con altro combustibile liquido o gassoso) che è in grado di compiere tutti i processi del ciclo durante un tempo pari al tempo di una sola rotazione dell’albero motore. Esso produce più lavoro utile - in detto tempo, corrispondente ad un ciclo completo - rispetto ad un motore equivalente ( stesso numero di cilindri dello stesso volume) die opera secondo Γ usuale ddo a quattro corse, che ruoti con la stesso numero di giri. The first object of this invention - which is valid for all uses, some of which will be exhibited not with a limiting intent - is a new internal combustion engine, which contains pistons in number from 1 to over 12 and is powered from above with petrol (or with other liquid or gaseous fuel) which is able to carry out all the processes of the cycle during a time equal to the time of a single rotation of the crankshaft. It produces more useful work - in said time, corresponding to a complete cycle - than an equivalent engine (same number of cylinders of the same volume) which operates according to the usual four-stroke ddo, which rotates with the same number of revolutions.
Per il nuovo motore che produce lo stesso lavoro utile in un tempo più breve. La potenza è espressa dalla relazione 1 ’) . For the new engine that produces the same useful work in a shorter time. The power is expressed by the relation 1 ').
Un secondo oggetto dell’invenzione, connesso con il primo, consiste nella utilizzazione di nuove capacità di funzionamento nelle varie fasi di compressione e di combustione del ciclo che migliorano il rendimento del motore. D risultato del nuovo sistema di alimentazione attraverso la porta rotante è la formazione - prima dell’ inizio della fase di combustione - di una miscela non segregata, ma ben miscelata e turbolenta che riempie il volume disponibile del cilindro. A second object of the invention, connected with the first, consists in the use of new operating capabilities in the various compression and combustion phases of the cycle that improve engine performance. The result of the new feeding system through the rotating door is the formation - before the start of the combustion phase - of a non-segregated, but well mixed and turbulent mixture that fills the available volume of the cylinder.
L’ ammontare totale dell’alimentazione viene diviso in due parti. Di queste una - cioè una miscela povera - è introdotta nei cilindri mediante un flusso che attraversa la porta di comunicazione, preferenzalmente con la pressione incrementata con la sovralimentazione (comprex) o mediante un turbocompressore, ed è diretto verso la candela di accensione principale collocata sull’asse del cilindro. The total amount of feeding is divided into two parts. One of these - that is a lean mixture - is introduced into the cylinders by a flow that crosses the communication port, preferably with the pressure increased with the supercharging (comprex) or by means of a turbocharger, and is directed towards the main spark plug located on the axis of the cylinder.
La seconda parte dell’ alimentazone - che è una miscela ricca - è preparata secondo una delle soluzioni previste, in una precamera provvista di una seconda candela di accensione che provoca l’immediata combustione e la formazione di prodotti intermedi della combustione. Detta porzione di carica preinfiammata viene iniettata attraverso ugelli di diametro ridotto; i getti che attraversano ad elevata velocità la porta sono diretti verso l’asse del cilindro ed orientati verso il basso. The second part of the power supply - which is a rich mixture - is prepared according to one of the solutions provided, in a prechamber equipped with a second spark plug which causes immediate combustion and the formation of intermediate combustion products. Said portion of pre-inflamed filler is injected through reduced diameter nozzles; the jets that pass through the door at high speed are directed towards the axis of the cylinder and oriented downwards.
L’unifonne distribuzione dei “kemels” in ogni porzione del volume insieme all’elevato valore della miscelazione e della turbolenza della carica presente nei cilindri permettono di infiammare rapidamente tutta la miscela in assenza di detonazione. E’ noto, infatti, che la detonazione avviene nel corso della compressione della frazione di miscela, non raggiunta dalla fiamma, che abitualmente si forma quando Γ alimentazione è effettuata senza alcun provvedimento che impedisca la segregazone in due frazioni di volume separati. E’ anche noto che la combustione che segue la compressione di una miscela povera che contiene i kemels attivi dà, invece, luogo ad un andamento della pressione e della temperatura caratterizzato da una durata più breve della fase di combustione - in assenza di detonzione - e da un valore più elevato del massimo della pressione (mep) stimabile in circa il 40%.. The uniform distribution of the "kemels" in each portion of the volume together with the high mixing value and the turbulence of the charge present in the cylinders allow the entire mixture to be ignited rapidly in the absence of detonation. It is known, in fact, that the detonation occurs during the compression of the fraction of the mixture, not reached by the flame, which usually forms when the feeding is carried out without any measures that prevent segregation into two separate volume fractions. It is also known that the combustion that follows the compression of a lean mixture that contains the active kemels instead gives rise to a pressure and temperature trend characterized by a shorter duration of the combustion phase - in the absence of detonation - and from a value higher than the maximum pressure (mep) estimated at about 40% ..
Un altro oggetto dell’ invenzione riguardante l’aumento dell’efficienza è dovuto all’incremento della temperatura di combustione. Si deve infatti considerare che durante la fase di scarico il tempo di rilascio del calore da parte dei gas, rispetto al tempo totale del ciclo risulta ridotto per l’assenza della corsa di scarico dal punto morto inferiore ( bottoni Center =BC) al punto morto superiore (Top Center =TC). Il calore sensibile dei gas scaricati risulta aumentata.. La quantità di calore ceduta attraverso le pareti all’esterno può essere ulteriormente ridotta mediante l’uso di un rivestimento isolante di tipo ceramico sulla superficie interna dei cilindri e sulla superfìcie interna della cupola ( o con l’intera cupola costruita con materiale ceramico). Il rapporto tra le perdite termiche e l’energia disponibile per compiere lavoro utile si riduce. Tenendo conto di queste variazioni l’incremento dell’ efficienza termodinamica che si ottiene con il nuovo motore è consistente; tuttavia una misura precisa dei vantaggi richiede di essere ricavata dai dati sperimentali. Another object of the invention concerning the increase in efficiency is due to the increase in the combustion temperature. In fact, it must be considered that during the discharge phase the time of release of heat from the gases, compared to the total time of the cycle, is reduced due to the absence of the discharge stroke from the bottom dead center (buttons Center = BC) to the dead point. top (Top Center = TC). The sensible heat of the discharged gases is increased. The amount of heat transferred through the walls to the outside can be further reduced by the use of a ceramic-type insulating coating on the internal surface of the cylinders and on the internal surface of the dome (or with the entire dome built with ceramic material). The relationship between thermal losses and the energy available to perform useful work is reduced. Taking these variations into account, the increase in thermodynamic efficiency obtained with the new engine is substantial; however, a precise measure of the benefits needs to be derived from the experimental data.
Per evtare il rischio di preaccensione della miscela che inizialmente riceve il flusso di calore dalle pareti calde dei cilindri è opportuna l’immissione di sola aria nella parte iniziale dela fase di alimentazione. Questa tecnica è realizzata mediante il nuovo sistema di alimentazione, qunado ricorrono le condizioni anzidette, To avoid the risk of pre-ignition of the mixture that initially receives the heat flow from the hot walls of the cylinders, it is appropriate to introduce only air in the initial part of the feeding phase. This technique is carried out by means of the new feeding system, when the aforementioned conditions are met,
L’ultimo ed importate oggetto dell’invenzione è connesso con la riduzione delle emissioni nocive. Quest’ oggetto viene ottenuto se sono introdotte le tecniche esposte in precedenza e se è utilizzato Γ altro nuovo equipaggiamento, cioè il loop di scarico. E’ noto che, particolarmente nei motori ad accensione comandata la formazione del “soot” è ridotta ad un livello trascurabile dalle reazioni di combustione che danno luogo all’andamento descritto innanzi, quindi i miglioramenti necessari riguardano le specie incombuste ( idrocarburi e CO) e gli ossidi di azoto (NOx). The latest and most important object of the invention is connected with the reduction of harmful emissions. This object is obtained if the techniques described above are introduced and if other new equipment is used, that is the unloading loop. It is known that, particularly in positive ignition engines, the formation of the "soot" is reduced to a negligible level by the combustion reactions that give rise to the trend described above, therefore the necessary improvements concern the unburnt species (hydrocarbons and CO) and nitrogen oxides (NOx).
La riduzione degli idrocarburi può essere ottenuta per mezzo dell’apparecchiatura detta “Catalitica a tre vie” (TWC) che può essere installato, secondo la temperatura richiesta, in una posizione opportuna nel loop di scarico. The reduction of hydrocarbons can be achieved by means of the so-called "three-way catalytic" (TWC) equipment which can be installed, according to the required temperature, in a suitable position in the discharge loop.
Secondo la presente invenzione può essere in alternativa adottata la soluzione illustrata innanzi die è fondata su operazioni più spinte di riduzione degli inquinanti. Nd loop di scarico possono essere impiegati i reattori elettrochimi d/elettrocatalitic che possono operare alla temperatura adatta per ottenere il grado di conversione necessario in reattori di volume ridotto a qualche decina di dm<3>. La riduzione dei composti pericolosi viene effettuata dai due reattori, senza l’impiego di energia aggiuntiva, L’ obiettivo di questa alternativa è equivalente ad una duplice utilizzazione del motore a combustione interna. Cioè esso serve, oltre che per produrre direttamente lavoro meccanico, anche per ottenere una miscela di gas idonea per essere usata come alimentatone di un secondo processo finale in un sistema efficace di riduzione dell’inquinamento,, essendo la parte non convertita in precedenza costituita da componenti non desiderati nei gas emessi . According to the present invention, the solution illustrated above can alternatively be adopted which is based on more intense operations for reducing pollutants. Nd unloading loops it is possible to use the electrochemical d / electrocatalytic reactors which can operate at the suitable temperature to obtain the necessary degree of conversion in reactors with a volume reduced to a few tens of dm <3>. The reduction of hazardous compounds is carried out by the two reactors, without the use of additional energy. The objective of this alternative is equivalent to a dual use of the internal combustion engine. In other words, it serves not only to produce mechanical work directly, but also to obtain a gas mixture suitable to be used as a fuel for a second final process in an effective pollution reduction system, since the previously unconverted part consists of unwanted components in the emitted gases.
Effetti vantaggiosi dell' invenzione Advantageous Effects of the Invention
Rispetto allo stato dell’arte j vantaggi per le auto per il trasporto di passeggeri, solo prendendo in considerazione i primi due equipaggiamenti del motore che appartengono all’invenzione, consistono nella possibilità di fabbricare motori di cilindrata e peso ridotti, che forniscono a parità di rotazoni per minuto più del doppio della potenza ottenuta da un uguale motore operante secondo la modalità del cico a 4 corse e con più rapido incremento della potenza e della coppia anche per bassi regimi di rotazione. Compared to the state of the art, the advantages for passenger cars, only by taking into consideration the first two equipment of the engine belonging to the invention, consist in the possibility of manufacturing engines of reduced displacement and weight, which provide for the same revolutions per minute more than double the power obtained by an equal engine operating according to the 4-stroke cycle mode and with a faster increase in power and torque even for low engine speeds.
Lasciando invece invariata la cilindrata totale - per le auto con elevate prestazioni e per auto sportive (e da competizione) - la potenza massima risulterà sensibilmente più elevata, senza che ria raggiunto il numero massimo di giri/minuto. (da 7.000 fino a 18.000 rev/min per l’ultimo tipo di veicoli considerato). On the other hand, leaving the total displacement unchanged - for high-performance cars and sports (and racing) cars - the maximum power will be significantly higher, without reaching the maximum number of revolutions / minute. (from 7,000 up to 18,000 rev / min for the last type of vehicle considered).
I motore nuovo funziona con accettabili valori di consumo e con perdite per attrito ridotte, essendo la stessa potenza massima già resa disponibile alla velocità di rotazione dell’ albero motore pari a circa 1⁄2 rispetto ai massimi sopra indicati per un motore a quattro corse per ciclo, Il sistema di trasmissione meccanica per Γ azionamento dell’ alimentazione e dello scarico risulta semplificato per qualsiasi applicatone. The new engine works with acceptable consumption values and with reduced friction losses, since the same maximum power already made available at the rotation speed of the crankshaft equal to about 1⁄2 compared to the maximum indicated above for a four-stroke engine for cycle, The mechanical transmission system for feeding and discharging is simplified for any application.
Il motore, considerando anche il terzo oggetto ed i relativi equipaggiamenti, potrà operare con un’ emissione di inquinanti pericolosi più bassa rispetto a quella possibile con le tecnoloie note. Infetti in un veicolo equipaggiato con tutti i componenti del nuovo motore, il motore stesso utilizzando sempre l’energia del combustibile come lavoro utile rilasciato durante la combustione, riesce a convertire la parte residua dell’energia ancora disponibile nel combustibile - presente nei gas di scarico - in reattori capaci di completare la combustione e di rendere esenti da composti dannosi i gas prima dello scarico nell’atmosfera. The engine, also considering the third object and its equipment, will be able to operate with a lower emission of dangerous pollutants than that possible with known technologies. Infected in a vehicle equipped with all the components of the new engine, the engine itself, always using the energy of the fuel as useful work released during combustion, manages to convert the residual part of the energy still available in the fuel - present in the exhaust gases - in reactors capable of completing combustion and making the gases free from harmful compounds before being discharged into the atmosphere.
I valori finali di tutti gli inquinanti pericolosi, ottenuti nel modo descritto si posizionano allo stesso livello di quelli dei nuovi sistemi avanzati di propulsione ( non più con motore a combustione interna o con motori non alimentati da idrocarburi) che necessitano di processi industriali di conversione dell’energia dei combustibili -installati in altri siti- per ottenere da questi l' idrogeno da usare come alimentazione delle celle a combustibile trasportabili. Nella seconda alternativa perseguita oggi i detti processi industriali servono per produrre energia elettrica per la propulsione elettrica dei veicoli. The final values of all dangerous pollutants, obtained in the manner described, are positioned at the same level as those of the new advanced propulsion systems (no longer with internal combustion engine or with engines not fueled by hydrocarbons) which require industrial conversion processes energy from fuels - installed at other sites - to obtain hydrogen from these to be used as power for transportable fuel cells. In the second alternative pursued today, the said industrial processes are used to produce electricity for the electric propulsion of vehicles.
I complessi sistemi di conversione utilizzati negli impianti di capacità industriale, a cui si aggiunge la necessità di stoccaggio sul veicolo dei blocchi di celle o di batterie vengono evitati mediante la soluzione illustrata innanzi.. The complex conversion systems used in industrial capacity plants, to which is added the need for storage on the vehicle of blocks of cells or batteries, are avoided by means of the solution illustrated above.
Con l’uso dei nuovi equipaggiamenti, cioè: la cupola rotante, la precamera, ed il loop dì scarico, quando il rapporto stechiometrico equivalente - riferito a tutta la miscela alimentala - è fissato nell’intervallo fra 1,0 e 1,04 il motore va considerato come equivalente ad un sistema che compie solo il reforming della frazione residua costituita dai composti incombusti, per mezzo dello stesso processo di combustione che avviene nei cilindri. With the use of the new equipment, that is: the rotating dome, the pre-chamber, and the discharge loop, when the stoichiometric equivalent ratio - referred to all the mixture fed - is fixed in the interval between 1.0 and 1.04 the engine must be considered as equivalent to a system that only reforms the residual fraction made up of unburnt compounds, by means of the same combustion process that occurs in the cylinders.
Le quantità residue di idrocarburi incombusti e di ossido di carbonio possono essere utilizzate impiegando celle a combustibile - tolleranti nei riguardi del CO e dello zolfo - capaci di compiere la conversione diretta in lavoro utile (energia elettrica) senza produrre inquinanti. The residual quantities of unburnt hydrocarbons and carbon monoxide can be used by using fuel cells - tolerant towards CO and sulfur - capable of converting directly into useful work (electricity) without producing pollutants.
Sebbene alcuni tipi di celle a combustibile siano adatte a compiere l’utilizzazione anzidetta, viene qui esemplificato il tipo noto come “Solid Electrolyte Fuel Cell (SOFC) in quanto le condizioni che si raggiungono per la temperatura dei gas di scarico usando il nuovo loop si trovano nello stesso intervallo richiesto per queste celle che inoltre soddisfano le altre condizioni espresse innanzi. Although some types of fuel cells are suitable for carrying out the aforementioned use, the type known as "Solid Electrolyte Fuel Cell (SOFC) is exemplified here as the conditions that are reached for the temperature of the exhaust gases using the new loop are they find in the same range required for these cells which also satisfy the other conditions expressed above.
Altri effetti utili vengono prodotti dal nuovo motore quando alcuni degli attuali sistemi sono introdotti insieme con quelli nuovi già elencati; ad esempio l’iniezione a controllo elettronico e le tecniche si sovralimentazione o di turboalimentazione. Other useful effects are produced by the new engine when some of the current systems are introduced together with the new ones already listed; for example electronically controlled injection and supercharging or turbo-fueling techniques.
L’effètto combinato dei nuovi equipaggiamenti e delle tecniche note verrà descritto nel seguito con riferimento ad alcune applicazioni esemplificative. The combined effect of the new equipment and known techniques will be described below with reference to some exemplary applications.
Descrizione delle figure Description of the figures
La figura 1 mostra la testa dei cilindri [1] contenente la cupola rotante [2] con la porta di comunicazione [3], La rotazione della cupola avviene in senso orario per un osservatore che guarda dall’ alto del cilindro. Il piano del foglio contiene l’asse del sistema di alimentazione. Per rendere meglio riconoscibile la posizione della porta, questa è stata avanzata di un arco pari a circa la sua larghezza (L) rispetto alla posizione di massima comunicazione con il sistema di immissione. La forma della sezione trasversale [4] della cupola, mostrata sulla parte sinistra del disegno, serve per migliorare la miscelazione e la turbolenza della carica che raggiunge il volume interno del cilindro. Il profilo presenta più concavità rivolte verso il basso e verso l’asse del cilindro stesso. In [5] è mostrato il profilo della sommità del pistone. In [6] è riportata la sezione del tratto finale del condotto di alimentazione della miseria povera. Figure 1 shows the cylinder head [1] containing the rotating dome [2] with the communication port [3]. The rotation of the dome occurs clockwise for an observer looking from the top of the cylinder. The plane of the sheet contains the axis of the feeding system. To make the position of the door more recognizable, it has been advanced by an arc equal to its width (L) with respect to the position of maximum communication with the entry system. The cross-sectional shape [4] of the dome, shown on the left side of the drawing, serves to improve mixing and turbulence of the charge reaching the internal volume of the cylinder. The profile has several concavities facing downwards and towards the axis of the cylinder itself. In [5] the profile of the top of the piston is shown. [6] shows the section of the final section of the poor poverty supply duct.
La candela principale di accensione [9] ha una posizione fissa, essendo il tubo cavo [7] che la contiene solidale con la testata del motore; la cupola rotante è provvista di anelli [10] e [11] o di sistemi diversi di tenuta.. Il condotto di alimentazione è mostrato in [8]. Con [12] è indicata la ruota dentata che serve a trasmettere la rotazione alla cupola che è comandata dall’albero motore. Nel tratto [13] vi è un supporto di spinta del tipo detto “intermedio”, non riportato in figura.. The main spark plug [9] has a fixed position, the hollow tube [7] that contains it being integral with the engine head; the rotating dome is provided with rings [10] and [11] or with different sealing systems. The supply duct is shown in [8]. [12] indicates the toothed wheel that serves to transmit the rotation to the dome which is controlled by the motor shaft. In the section [13] there is a thrust support of the so-called "intermediate" type, not shown in the figure.
Ciascuna cupola ruota avendo la posizione iniziale della porta ordinata secondo la sequenza di accensione dei cilindri. La sequenza delle comunicazioni è riportata in dettaglio nella Fig.S. La velocità di rotazione è esattamente uguale a quella dell’albero motore. La trasmissione meccanica è ottenuta per mezzo di una catena, cinghia o albero che partendo dall’albero motore permette la rotazione del complesso ad ingranaggi collocato sopra i cilindri e quindi la rotazione delle singole cupole. Each dome rotates having the initial position of the door ordered according to the sequence of ignition of the cylinders. The sequence of communications is shown in detail in Fig.S. The rotation speed is exactly the same as that of the crankshaft. The mechanical transmission is obtained by means of a chain, belt or shaft which, starting from the crankshaft, allows the rotation of the gear assembly located above the cylinders and therefore the rotation of the individual domes.
La Fig.2 mostra tre differenti schemi del loop di scarico dei gas esausti. Il loop della figura 2a è adatto per veicoli con motore sovralimentato o provvisti di turbocompressore. Fig. 2 shows three different schemes of the exhaust gas exhaust loop. The loop of figure 2a is suitable for vehicles with a supercharged engine or with a turbocharger.
In [1] sono mostrati i cilindri; in [2] le sezioni di scarico dei condotti che collegano i cilindri al loop di scarico. La parte riguardante l’anello che contiene il flusso riciclato è indicata in [3] . Il turbocompressore - o un complesso noto come “wave compressor”- è posizionato in [4], La valvola del tipo detto a farfalla [5] viene usata per controllare il rapporto di ricrcolazione prefissato. In [6] è indicata una girante. L’unità [8] è un ugello die con l’espansione dei gas immessi ad una temperatura intermedia tra quella di scarico e quella di ricircolo produce un aumento della velocità dei gas da riciclare. Una parte della corrente totale - uguale alla quantità totale scaricata dai cilindri - raggiunge l’uscita [7]. Un’apparecchiatura di riduzione dell’inquinamento ( dei tipi attulmente in uso) può operare nel suo intervallo ottimale di funzionamento ed è posizionata nel tratto [31}. Questo loop assicura che nell’ambiente in cui scaricano i cilindri à raggiunge una pressione subatmosferica, in modo che la durata della fase di scarico si riduce. La riduzione suddetta è solo una parte di quella totale, perché un’altra importante riduzione della durata dello scarico deriva dall’eliminazione della corsa del cilindro dal punto morto inferiore {Bottoni Center =BC) al punto morto superiore (Top Center =TC). In [1] the cylinders are shown; in [2] the exhaust sections of the ducts that connect the cylinders to the exhaust loop. The part concerning the ring that contains the recycled flow is indicated in [3]. The turbocharger - or a complex known as “wave compressor” - is positioned in [4]. The valve of the so-called throttle type [5] is used to control the pre-set recirculation ratio. In [6] an impeller is indicated. The unit [8] is a nozzle die with the expansion of the gases introduced at an intermediate temperature between the exhaust and the recirculation temperature, producing an increase in the speed of the gases to be recycled. A part of the total current - equal to the total quantity discharged from the cylinders - reaches the outlet [7]. A pollution reduction equipment (of the types currently in use) can operate in its optimal range of operation and is positioned in the section [31}. This loop ensures that in the environment in which the cylinders are unloaded, a subatmospheric pressure is reached, so that the duration of the unloading phase is reduced. The aforementioned reduction is only a part of the total, because another important reduction in the duration of the exhaust derives from the elimination of the cylinder stroke from the bottom dead center (Buttons Center = BC) to the top dead center (Top Center = TC).
In Fig. 2b è mostrato un loop adatto per motori aspirati naturalmente per mezzo del quale solo la fase di scarico viene modificata e migliorata. Con questo sistema nella camera [9} si raggiunge la pressione di ristagno della corrente di ricircolazione, usa quindi un’espansione della corrente in un ugello convergente-divergente [10} con scarico libero (a pressione atmosferica) che incrementa la velocità della corrente. L’impulso del getto scaricato in [11} è diviso fra due correnti dall’ equipaggiamento {12} costituito da due semidischi inclinati che danno origine a due correnti. In [13], dove giunge la corrente da scaricare è mostrato un sistema di ridurione degli inquinanti. Il loop manca di sistemi di recupero dell’energia - adatti a migliorale la fase di immissione dell' aria o della miscela -, La temperatura del gas riciclato viene abbassata due modi differenti nei due loop delle figure 2a e 2b e comunque la corrente riciclata più fredda, viene miscelata con quelle più calda in uscita dai cilindri. Nella Fig.2c è mostrato il lay-out di un loop più complesso per il recupero dell’energia. Nello stesso loop è prevista anche l’utilizzazione del nuovo sistema di riduzione degli inquinanti pericolosi. La caratteristica del loop consiste nel mantenere la temperatura media dei gas esausti nell ’ anello superiore ( di ricircolazione} nel campo compreso fra 950°C e 1.100°C. Nel condotto di uscita la temperatura viene abbassata fino al valore medio dell ’ ambiente (25°C) La girante opera sui gas caldi usando l’energia prodotta nell’unità [4} quando si usa un turbocompressore . Quando si usa un wave-compressor o un compressore volumetrico, l’energia viene ricavata rial sistema meccanico riel veicolo. La fase rii immissione viene compiuta utilizzando la pressione incrementata in ingresso e la pressione ridotta allo scarico. L’area della porta rii comunicazione viene prevista secondo i criteri che sono esposti di seguito. Si assume che non vi siano gas residui nei cilindri. In Fig. 2b is shown a loop suitable for naturally aspirated engines by means of which only the exhaust phase is modified and improved. With this system, the stagnation pressure of the recirculation current is reached in the chamber [9}, thus using an expansion of the current in a converging-diverging nozzle [10} with free discharge (at atmospheric pressure) which increases the speed of the current. The impulse of the jet discharged in [11} is divided between two streams by the equipment {12} consisting of two inclined half discs that give rise to two streams. In [13], where the current to be discharged reaches, a pollutant reduction system is shown. The loop lacks energy recovery systems - suitable for improving the injection phase of the air or the mixture -, The temperature of the recycled gas is lowered two different ways in the two loops of figures 2a and 2b and in any case the recycled current more cold, it is mixed with the hotter ones coming out of the cylinders. Fig.2c shows the lay-out of a more complex loop for energy recovery. The use of the new system for the reduction of hazardous pollutants is also planned in the same loop. The characteristic of the loop consists in maintaining the average temperature of the exhaust gases in the upper (recirculation} ring in the range between 950 ° C and 1.100 ° C. In the outlet duct the temperature is lowered to the average value of the environment (25 ° C) The impeller operates on hot gases using the energy produced in the unit [4} when using a turbocharger. When using a wave-compressor or a volumetric compressor, the energy is obtained from the mechanical system of the vehicle. The injection phase is carried out using the increased inlet pressure and the reduced exhaust pressure.The area of the communication port is foreseen according to the following criteria: It is assumed that there are no residual gases in the cylinders.
Nel lato sinistro riel loop è riporttata l'apparecchiatura [19] che è una pompa per il vuoto che contribuisce alla riduzione ulteriore della pressione dell’ambiente in cui si scaricano i gas provenienti dai singoli cilindri. La pompa è del tipo noto come “root pump”, diffusamente impiegata sia per la propulsione di correnti fluide e per ridurre la pressione a monte di esse. Un sistema di valvole provvede alle operazioni della fase di scarico. The left side of the loop shows the equipment [19] which is a vacuum pump that contributes to the further reduction of the pressure of the environment in which the gases coming from the individual cylinders are discharged. The pump is of the type known as "root pump", widely used both for the propulsion of fluid currents and to reduce the pressure upstream of them. A system of valves provides for the operations of the unloading phase.
I condotti attraversati dai gas di scarico nell’ intervallo di temperatura innanzi menzionato sono provvisti di un rivestimento metallico esterno e da tubazioni di materiale ceramico interne. The ducts crossed by the exhaust gases in the aforementioned temperature range are provided with an external metal coating and internal ceramic pipes.
Sono noti oggi dei materiali per la costruzione di componenti del motore, trai quali il carburo di Silicio (SiC), provati fino a 1.100°: Di recente i motori denominati a bassa perdita di calore sono anche in grado di sopportare un’ alta temperatura di combustione e basse perdite termiche. Come già illustrato sopra, il nuovo motore è caratterizzato da una simile capacità. Materials for the construction of engine components are known today, including Silicon Carbide (SiC), tested up to 1,100 °: Recently the engines called low heat loss are also able to withstand a high temperature of combustion and low thermal losses. As already illustrated above, the new engine is characterized by a similar capacity.
Le parti tratteggiate dei condotti contengono le due nuove apparecchiature per la riduzion degli inquinanti. L’apparecchiatura [ 14] è il blocco di celle a combustibile ad elettrolita solido che provvede all’ossidazione dgli idrocarburi residui e del CO presenti nei gas esausti. The hatched parts of the ducts contain the two new equipment for the reduction of pollutants. The equipment [14] is the solid electrolyte fuel cell block that provides for the oxidation of residual hydrocarbons and CO present in the exhaust gases.
L’apparecchiatura [15] è costituita dal sistema elettrochimico/elettrocatalitico di riduzione del contenuto di ossidi di azoto che agisce secondo la modalità detta “oxygen pump”, quando una forza elettromotrice (Eappl) viene applicala ad essa ed è consentito ad una consistente intensità di corrotte sotto la fraina di ioni ossigeno (O ) di attraversare l’elettrolita solido. The equipment [15] consists of the electrochemical / electrocatalytic system for reducing the nitrogen oxide content which acts in the manner called "oxygen pump", when an electromotive force (Eappl) is applied to it and is allowed to a consistent intensity of corrupted under the trolling of oxygen ions (O) to cross the solid electrolyte.
I due reattori sono collegati elettricamente in serie, secondo la presone invenzione, in modo che la corrente prodotta in [14} viene utilizzata in [15}. The two reactors are electrically connected in series, according to the present invention, so that the current produced in [14} is used in [15}.
Un esempio di reattore elettrochimico capace di eliminare l’ NÒ è il reattore monolitico riportato in Fig.4. An example of an electrochemical reactor capable of eliminating NÒ is the monolithic reactor shown in Fig.4.
Le Fig. 3 mostra l’andamento previsto della pressione media elettiva (p.e.m.) del nuovo ciclo. I due cicli consecutivi evidenziano l’assenza delle due fasi non utili del ciclo abituale del motore a quatto corse, per rido. I processi (o fasi) sono cosi indicati: Fig. 3 shows the expected trend of the mean elective pressure (p.e.m.) of the new cycle. The two consecutive cycles highlight the absence of the two non-useful phases of the usual cycle of the four-stroke engine, for laughter. The processes (or phases) are indicated as follows:
[3l):alimentazione, [32]: compressione , [33): combustione, [34): espansione, [35): scarico dei gas combusti. Il valore dell’angolo formato, rispetto ad un riferimento fìsso, dall’ albero motore è zero al punto BC, per t=0. La porta di comunicazione viene aperta per la fese di scarico a circa 75° BBC ( Befere Bottoni Center) e viene chiusa al punto BC ( Bottom Cener). Senza alcun riardo si stabilisce la comunicazione con il sistema di alimentazione della miscela povera e quindi la porta si chiude a circa 75° dopo il punto morto inferiore (ABC). La fese di compressone, che comincia a questo istante e finisce al momento dell’accensione prodotta dalla candela pricipale.. Ciò avviene a crca 160° dopo il BC. I tempo di accensione può essere anticipato di 5°-15° attraverso il sistema di controllo elettronico. Nel corso della rotazione della porta, dopo la chiusura della comunicatone con l’alimentaione della miscela povera, viene attivata la comunicazione della precamera - non mostrata in Fig. 1 - con la camera di combustione (v.Fig.5). La combustione ha ternane a circa 5° dopo il punto morto superiore (T=> Top Center ). [3l): supply, [32]: compression, [33): combustion, [34): expansion, [35): exhaust of flue gases. The value of the angle formed, with respect to a fixed reference, by the crankshaft is zero at point BC, for t = 0. The communication door is opened for the discharge hole at about 75 ° BBC (Befere Bottoni Center) and is closed at point BC (Bottom Cener). Without any bead, communication is established with the lean mixture feed system and then the door closes at about 75 ° after bottom dead center (ABC). The compress, which begins at this instant and ends at the moment of ignition produced by the main candle. This occurs at about 160 ° after the BC. The ignition time can be advanced by 5 ° -15 ° through the electronic control system. During the rotation of the door, after the closure of the communication with the feeding of the lean mixture, the communication of the pre-chamber - not shown in Fig. 1 - with the combustion chamber is activated (see Fig. 5). Combustion takes place at about 5 ° after the top dead center (T => Top Center).
La durata dell’espansione è compresa nel tempo corrispondente alla rotazione dell’albero tra 5° ATC e 105° ATC (dopo il punto morto superiore. (ATC): The duration of the expansion is included in the time corresponding to the rotation of the shaft between 5 ° ATC and 105 ° ATC (after the top dead center. (ATC):
Da 75° ABC fino a 75° BBC, cioè per 210° il tempo è speso per la compressione (85°) , per la combustione (25°) e per l’espansione (100°). From 75 ° ABC up to 75 ° BBC, that is, for 210 ° the time is spent for compression (85 °), for combustion (25 °) and for expansion (100 °).
La durata della fase di combustione viene ridotta mediante l’iniezione dei getti ottenuti da una miscela preinfiammata nella precamera - che avviene nel corso della compressione e fornisce a tutto i gas presente nel volume gli inneschi della combustione (kernls = prodotti intermedi della reazione) I getti generati nella precamera raggiungono ogni demento di volume dei gas compressi. La pressione massima raggiunta nella fase di combustione mediante l’uso dd sistema descrìtto di alimentazione eccede il corrispondente valore che si ha nd ciclo a quattro tempi. Come nd caso dd motore Wankd tutte le fasi si compiono durante il tempo totale corrispondente ad una sola rotazione dell’albero motore (360°). The duration of the combustion phase is reduced by injecting the jets obtained from a pre-ignited mixture into the pre-chamber - which occurs during compression and provides all the gases present in the volume with the triggers of combustion (kernls = intermediate products of the reaction). jets generated in the prechamber reach every segment of the compressed gas volume. The maximum pressure reached in the combustion phase by using the described feeding system exceeds the corresponding value that occurs in a four-stroke cycle. As in the case of the Wankd motor, all phases are completed during the total time corresponding to a single rotation of the motor shaft (360 °).
Per il nuovo motore il tempo di accensione può essere variato di alcuni gradi da un comando dd sistema elettronico. Esso diventa una variabile di controllo dd ciclo dd motore, che save a compensare i tempi caratteristici delle due fasi consecutive ( cioè il tempo della compressione ed il tempo della combustione ). Il tempo dell’ accensione della candela principale può essere anticipato per devati regimi di rotazione con lo scopo di incrementare il tempo disponibile per combustione. For the new engine, the ignition time can be varied by a few degrees by an electronic system control. It becomes a control variable dd cycle dd engine, which saves to compensate the characteristic times of the two consecutive phases (ie the time of compression and the time of combustion). The ignition time of the main spark plug can be anticipated due to deviated rotation speeds in order to increase the time available for combustion.
In Fig.4 è shematizzato un reattore monilitico ( v. per l’ applicazione riguardante le celle a combustibile: Solid State Ionics 28-30 (1988) 1521-1539) di materiale ceramico poroso che supporta uno strato di elettrolita solido conduttore di ioni ossigeno, dotato di elevata conducibilità, presente sul lato esterno delle singole celle -come mostrato nd particolare delia figura -. Fig. 4 shows a monilithic reactor (see for the application concerning fuel cells: Solid State Ionics 28-30 (1988) 1521-1539) of porous ceramic material that supports a layer of solid electrolyte conducting oxygen ions , with high conductivity, present on the external side of the single cells - as shown in the detail of the figure -.
La corrente di gas scaricati dal motore [81] è diretta in controcorrente rispetto al flusso dell’aria [80]. La disposizione in controcorrente che è stata scelta per la nuova applicazione ai gas combusti, secondo la presente invenzione, fornisce una densità volumetrica della potenza più elevata rispetto alla disposizione delle correnti detta detta “crossflow”. The gas stream discharged from the engine [81] is directed against the current with respect to the air flow [80]. The counter-current arrangement that has been chosen for the new application to flue gases, according to the present invention, provides a higher volumetric power density than the arrangement of the currents called "crossflow".
Se si suppone che la larghezza interna (b) delle celle e loro altezza (c) hanno il valore di 7 mm; la distanza fra due celle adiacenti (s) di 3 mm; lo spessore dell’ elettrolita solido su un supporto di materiale ceramico è ipotizzato di 0,2 mm, la superficie specifica risulta pari a 2,245 del monolita (2.254,0 cm<2>/litro). If we assume that the internal width (b) of the cells and their height (c) have the value of 7 mm; the distance between two adjacent cells (s) of 3 mm; the thickness of the solid electrolyte on a ceramic material support is assumed to be 0.2 mm, the specific surface is equal to 2.245 of the monolith (2,254.0 cm <2> / liter).
Il volume totale del reattore - quando si usano elettroliti che hanno un valore idoneo della conducibilità ionica alla temperatura di l.000°C - che è richiesto per eliminare 500 ppm di NO dalla corrente di gas prodotta da un motore di grande cilindrata è di solo di alcuni dm<3>. L’ energia elettrica prodotta dalla cella a combustibile (vedi unità [14] della Fig.2c) è utilizzata dal moralità installato in una posizione del loop di scarico ( vedi unità [15] di Fig.. 2.c) The total volume of the reactor - when using electrolytes that have a suitable value of ionic conductivity at a temperature of 1,000 ° C - which is required to remove 500 ppm of NO from the gas stream produced by a large displacement engine is only of some dm <3>. The electricity produced by the fuel cell (see unit [14] of Fig.2c) is used by the morality installed in a position of the discharge loop (see unit [15] of Fig .. 2.c)
Viene prodotta energia in eccesso se l’alimentazione dell’aria nel motore assume un valore sottostechiometrico, cioè se i gas di scarico hanno un valore molto basso della pressione parziale di ossigeno . In tali condizioni vi è un leggero aumento dei composti incombusti (CO e HC), mentre il contenuto di NO è già ridotto in anticipo. Excess energy is produced if the air supply to the engine assumes a substoichiometric value, that is, if the exhaust gases have a very low value of the partial pressure of oxygen. Under such conditions there is a slight increase in unburnt compounds (CO and HC), while the NO content is already reduced in advance.
Detta energia in eccesso viene utilizzata per azionare la girante [6] riportata in Fig.2c. In Fig.5 a è mostrala la porta di comunicazione rotante [92] nella sua posizione iniziale che ruota nel senso /orario per un un osservatore che guarda dalla sommità dei cilindri. L’ampiezza del’ arco (L= larghezza della porta ) è di circa 35°. A partire dalla posizione iniziale (t=0) e fino a 70° viene attivata la comunicazione con Γ alimentazione della miscela povera., essendo l’ampiezza della sezione finale dei condotti di alimentazione- mostrato da [93] in Fig. 5b pari a 35°. Said excess energy is used to drive the impeller [6] shown in Fig.2c. In Fig. 5 a the rotating communication port [92] is shown in its initial position which rotates clockwise for an observer looking from the top of the cylinders. The width of the arch (L = width of the door) is about 35 °. Starting from the initial position (t = 0) and up to 70 °, the communication with Γ lean mixture feed is activated., Being the width of the final section of the feed ducts - shown by [93] in Fig. 5b equal to 35 °.
Proseguendo la rotazione la porta raggiunge la porta di comunicazione della precamera [94] che interessa il tratto tra 85° e 120°. Continuing the rotation, the door reaches the communication port of the prechamber [94] which affects the section between 85 ° and 120 °.
Nella precamera - che è collegata con il condotto di alimentazione dell 'aria compressa dell alimentazione principale e di un sistema di iniezione in pressione del combustibileri prepara la miscela ricca nella quantità richiesta. In the pre-chamber - which is connected to the compressed air supply duct of the main supply and to a fuel pressure injection system, it prepares the rich mixture in the required quantity.
L’accnsione di questa miscela avviene a circ 115° ABC , e l’immissione nel cilindro dura fino a 155° . The ignition of this mixture takes place at around 115 ° ABC, and the introduction into the cylinder lasts up to 155 °.
Attraverso la porta della cupola rotante viene introdotta la miscela povera nonché i getti generati dalla miscela ricca preinfimmata in una precamera. La posizione angolare (ψ ) della sezione del condotto - fisso rispetto al blocco motore - riferita a quella del condotto di alimentazione della miscela povera fornisce la misura dello sfasamento tra i tempi di immissione nei cilindri dei due tipi di miscela. The lean mixture as well as the jets generated by the rich mixture pre-filled in a pre-chamber are introduced through the door of the rotating dome. The angular position (ψ) of the section of the duct - fixed with respect to the engine block - referred to that of the lean mixture supply duct provides the measurement of the displacement between the injection times in the cylinders of the two types of mixture.
L’accensione della miscela principale avviene a 160°, come già anticipato. The ignition of the main mixture takes place at 160 °, as already mentioned.
Descrizine dei modi di realizzazione dell’invenzione Description of the ways of carrying out the invention
La cupola rotante è un sistema adatto per qualsiasi tipo di applicazione al motore a combustione interna nel quale si usano cilindri, ivi compres i motori ad accensione per compressione (ciclo Diesel). L’ utilizzazione dei motori del nuovo tipo descritto riguarda preferenzialmente Γ autotrazione. Sono altrettanto utili le estensioni ad altri tipi di utilizzazone come quelle per aeromobili, quelle per motocicli, per imbarcazioni ecc, senza alcuna limitazione. Altrettanto oppurtuna e vantaggiosa risulta l’applicazione alla produzione di energia elettrica., essendo nel caso delle installazioni fìssa gli effetti dell’aumento di efficienza e la riduzione degli inquinanti più rilevanti -data la capacità dei singoli impianti per i quali ri richiederebbero costoro apparecchiature disinquinanti agguntive. Per tali applicazioni può essere utilizzata la capacità di rotazione a regimi più elevati che è apportata dalla cupola rotante. The rotating dome is a system suitable for any type of internal combustion engine application in which cylinders are used, including compression ignition engines (Diesel cycle). The use of the engines of the new type described preferentially concerns Γ automotive. Extensions to other types of use such as those for aircraft, those for motorcycles, boats, etc. are equally useful, without any limitation. Equally appropriate and advantageous is the application to the production of electricity., Being in the case of fixed installations the effects of the increase in efficiency and the reduction of the most relevant pollutants - given the capacity of the individual plants for which they would require depolluting equipment. additive. For such applications, the higher revs rotation capability that is provided by the rotating dome can be utilized.
L’impiego degli altri nuovi equipaggiamenti e delle nuove tecniche (loop di scarico, iniezione attraverso la porta di comunicazione) dà luogo a molte varianti applicative. A queste si aggiungo le altre connesse con l’applicazione del nuovo sistema elettrochimico/elettrocatalìtico di riduzione degli inquinanti. The use of the other new equipment and new techniques (exhaust loop, injection through the communication port) gives rise to many application variants. To these are added the others connected with the application of the new electrochemical / electrocatalytic system for the reduction of pollutants.
Di seguito si esemplifica l’utilizzazione dell’invenzione, limitata solo a scopo esemplificativo, ai motori ad accensione comandata (Spark Ignhed Engine) per autotrazione. Volgono considerale due alternative. The use of the invention is exemplified below, limited only by way of example, to engines with spark ignition (Spark Ignhed Engine) for automotive. They want to consider two alternatives.
Si suppongono presenti insieme tre nuovi equipaggiamenti (la cupola rotante, il loop di scarico e la precamera per l’iniezione della miscela ricca); il sistema nuovo di riduzione degli inquinanti viene considerato applicabile dopo il completamento dello sviluppo delle tecnologie di fabbricatone di questo settore: In sostituzione del nuovo possono essere adottati per il nuovo motore i sistemi già disponibili. Three new equipment are supposed to be present together (the rotating dome, the exhaust loop and the pre-chamber for the injection of the rich mixture); the new system for the reduction of pollutants is considered applicable after the completion of the development of the technologies of buildings in this sector: In place of the new one, the systems already available can be adopted for the new engine.
Esempio 1 Motore d cilindrata totale invariata rispetto al motore tradizionale a 4 corse, per automobili ad elevate prestazioni Example 1 Engine with total displacement unchanged compared to the traditional 4-stroke engine, for high performance cars
D motore di riferimento è: di 4,0 litri V-8 ( diametro =90,9 min - corsa = 86,0 mm )- Iniezione di combustibile - Rapporto di compressione = 10:1 - Potenza 270 kW a 6.000 rev/mìn- Coppia massima (a 3.000-4.300 rev/min ): 510 Nm. The reference engine is: 4.0 liter V-8 (diameter = 90.9 min - stroke = 86.0 mm) - Fuel injection - Compression ratio = 10: 1 - Power 270 kW at 6,000 rev / min - Maximum torque (at 3.000-4.300 rev / min): 510 Nm.
Secondo quanto sopra esposto il motore viene sostituito con uno munito di cupola rotante, di due sistemi di accensione e di precamera.. I cilindri sono connessi con il loop di scarico del tipo riportato in Fig. 2c. Un esso è prevista la presenza del sistema nuovo di riduzione degli inquinanti con il quale può essere raggiunto per questa applicazione lo scopo della riduzione più spinta delle emissioni pericolose. According to the above, the engine is replaced with one equipped with a rotating dome, two ignition systems and a pre-chamber. The cylinders are connected to the exhaust loop of the type shown in Fig. 2c. A new system for the reduction of pollutants is foreseen, with which the aim of the most extreme reduction of dangerous emissions can be achieved for this application.
L’alimentazione viene effettuata con un valore del rapporto stechiomentnco equivalente (F/A) compreso tra 1.02-1.05. 11 funzionamento del motore con alimentazione leggermente sottostechiometrica comporta una più bassa concentrazione di NO (rispetto al valore massimo dell’ intervallo F/A), ed in più comporta che l ossigeno libero è praticamente assente. In questo modo Γ ammontare totale dell’ossigeno da eliminare è ridotto al minimo. Una quantità di energia elettrica viene generata dalla conversione diretta dell’energia degli incombusti che sono trasformati dalle Fuel Cells nei prodotti finali The feeding is carried out with an equivalent stoichiomental ratio value (F / A) between 1.02-1.05. The operation of the engine with a slightly undershoot power supply involves a lower concentration of NO (compared to the maximum value of the F / A range), and in addition it means that free oxygen is practically absent. In this way, the total amount of oxygen to be eliminated is reduced to a minimum. A quantity of electricity is generated by the direct conversion of the energy of the unburnt products that are transformed by the Fuel Cells into the final products
Come già illustrato, in accordo con la 2<a >legge di Faraday, la quantità di ossigeno eliminata nel reattore monolita dipende dalla densità di corrente (d) espressa in Amperefem<2 >e dalla superficie totale dell’ elettrolita. Le indicazioni riguardanti il reattore monolita fomite sopra mostrano die l’utilizzazione sia delle celle a combustibile che del reattore per la dissociazione dell’ NO sono limitate a delle quantità ( massa di combustibile, quantità di corrente totale, energia elettrica) molto inferiori (<1/100) rispetto alle quantità corrispondenti riguardanti trasformazioni analoghe che avvenissero in reattori installati sul veicolo ed interessanti l’intera quantità di combustibile (o l’idrogeno che lo sostituisce in certe nuove soluzioni). As already illustrated, in accordance with Faraday's 2nd <a> law, the amount of oxygen eliminated in the monolithic reactor depends on the current density (d) expressed in Amperefem <2> and on the total surface of the electrolyte. The indications regarding the monolithic reactor provided above show that the use of both the fuel cells and the reactor for the dissociation of NO are limited to much lower quantities (fuel mass, total current quantity, electric energy) (<1 / 100) compared to the corresponding quantities regarding similar transformations that occurred in reactors installed on the vehicle and involving the entire quantity of fuel (or the hydrogen that replaces it in certain new solutions).
L’utilizzazione qui descritta può essere classificata come uno sistema operante secondo uno “schema energetico parzialmente ibrido” che ha caratteristiche idonee al rispetto dei limiti futuri più ristreti per il controllo delle emissioni. The use described here can be classified as a system operating according to a "partially hybrid energy scheme" which has characteristics suitable for compliance with the more restricted future limits for controlling emissions.
Tenendo conto dellincremento del’effidenza della utilizzazione dd combustibile il sistema riduce anche la produzione specifica di gas con effetto serra (CO2). Taking into account the increase in the efficiency of the use of fuel, the system also reduces the specific production of greenhouse gases (CO2).
Questo effetto viene tenuto separato da quello degli inquinanti dannosi che producono l’inquinamento da fonti mobili. This effect is kept separate from that of harmful pollutants that produce pollution from mobile sources.
La potenza prodotta dal nuovo motore in ragione dell’ installazione dei nuovi equipaggiamenti raggiunge lo stesso valore massimo del motore di riferimento già per velocità di rotazione di circa 3.000 rev/min e per incrementi ulteriori della veoctà di rotazione dell’albero motore risulta sovrabbondante per il tipo di veicolo considerato. Esempio 2 motore di cilindraia totale ridotta The power produced by the new engine due to the installation of the new equipment reaches the same maximum value of the reference engine already for a rotation speed of about 3,000 rev / min and for further increases in the rotation speed of the crankshaft it is superabundant for the type of vehicle considered. Example 2 motor with reduced total displacement
Motore di riferimento: come per l’esempio 1 Reference engine: as for example 1
H nuovo motore può essere costruito, secondo la pensane, invenzione con i seguenti dati caratteristici The new engine can be built, according to the thought, invention with the following characteristic data
4 Cilindri in linea -Cilindrata totale: 2,3 litri 4 Cylinders in line - Total displacement: 2.3 liters
Diametro: 90,9 mm - Corsa 88,4 mm - Sovralimentato con il sistema Wave compressor - Controllo elettronico dell’iniezione - Rapporto di compressone > 10:1. Secondo i loop di Fig2a o 2c - che possono essere adottati in questa applicazione - i cilindri scaricano i gas combusti in un ambiente dove la pressione è subatmosferica . Si suppone che venga usato il loop di Fig. 2a e che il sistema di riduzione delle emissioni sia quello denominato “Three Way Cathalitic Converter”. Diameter: 90.9 mm - Stroke 88.4 mm - Supercharged with the Wave compressor system - Electronic injection control - Compression ratio> 10: 1. According to the loops of Fig2a or 2c - which can be adopted in this application - the cylinders discharge the flue gases in an environment where the pressure is subatmospheric. It is assumed that the loop of Fig. 2a is used and that the emission reduction system is the one called “Three Way Cathalitic Converter”.
La porta rotante assicura la comunicazione sia nella fase di alimentazone che in quella di scarico. Con riferimento alla Fig.1, per calcolare l’area della sezione di comunicazione si assume come tempo iniziale (t=0) l’istante in cui il lato destro della porta è sovrapposto al lato sinistro della sezione trasversale finale del condotto di alimentazione, essendo la vista quella di un osservatore posto all’interno della cupola.. Durante la rotazione della porta la variazione nel tempo dell’area di comunicazione è una funzione lineare del tempo, espressa da: The revolving door ensures communication both in the feeding phase and in the unloading phase. With reference to Fig. 1, to calculate the area of the communication section, the instant in which the right side of the door is superimposed on the left side of the final cross section of the supply duct is assumed as the initial time (t = 0), the view being that of an observer placed inside the dome. During the rotation of the door, the variation over time of the communication area is a linear function of time, expressed by:
dove : è il Raggio del cilindro [cm] where: is the radius of the cylinder [cm]
T è il tempo necessario per una rotazione completa [secondi] uguale al tempo di due corse del pistone T is the time required for one complete rotation [seconds] equal to the time of two piston strokes
Il massimo valore dell’ area di comunicazione della finzione A(t) ri raggiunge quando la sezione trasversale finale dei condotti di alimentazione è completamente scopata dalla porta, e dal condotto l’alimentazione è scaricata nel cilindro. The maximum value of the communication area of the fiction A (t) ri reaches when the final cross section of the supply ducts is completely swept by the door, and the supply from the duct is discharged into the cylinder.
L’area della porta di comunicazione viene calcolata per un motore che cilindrata totale pari a 2.316 cm<3>, 4 cilindri, sovralimentati aventi la corsa (S) pari a 88,4 mm e diametro di 90,9 mm. L’altezza della porta (H) viene fissata in H=6 cm, e la sua larghezza (L) è L- 3,0 cm.. The area of the communication port is calculated for an engine with a total displacement equal to 2,316 cm <3>, 4 cylinders, supercharged with a stroke (S) equal to 88.4 mm and a diameter of 90.9 mm. The height of the door (H) is set at H = 6 cm, and its width (L) is L- 3.0 cm ..
L’area massima (Amax) è pari a 18 cm<2 >mentre il valore mediato nel tempo ( Aequ) dell’area di comunicazione dall’inizio della comunicazione e fino al tempo corrispondente al valore massimo /tmax) vale: Aeq = 9 cm<2 >. The maximum area (Amax) is equal to 18 cm <2> while the time-averaged value (Aequ) of the communication area from the beginning of the communication and up to the time corresponding to the maximum value / tmax) is: Aeq = 9 cm <2>.
L’ ampiezza dell’arco compiuto durante la rotazione dalla porta The amplitude of the arc made during the rotation of the door
Il tempo trascorso per raggiungere la comunicazione massima è The elapsed time to reach maximum communication is
L’angolo di rotazione dell’albero motore corrisponderne al tempo durante il quale avviene l’alimentazione, cioè dal momento corrispondente all’inizio apertura (Inlet Port Open -IPO ) fino al termine della comunicazione (Inlet Port Closed = IPC) è: The rotation angle of the motor shaft corresponds to the time during which the power supply occurs, that is, from the time corresponding to the beginning of opening (Inlet Port Open -IPO) until the end of the communication (Inlet Port Closed = IPC) is:
A 6.000 rev /min la portata volumetrica di espressa nelle condizioni dì riferimento (cioè: 1 atm ad 298,15 °K) che dev’ essere immessa nei singoli cilindri (Qair) è: At 6,000 rev / min the volumetric flow rate expressed in the reference conditions (ie: 1 atm at 298.15 ° K) that must be introduced into the individual cylinders (Qair) is:
La portata di massa dell’aria che alimenta il cilindro, indicata con ( m’), è The mass flow rate of the air feeding the cylinder, indicated with (m '), is
Per ottenere la massima portata di alimentazione nel cilindro viene usato un ugello convergente. L’ espansione che avviene nell’ugello in condizioni subsoniche riduce la temperatura dell’ aria (o della miscela). L’ugello opera - quando si stabilisce la comunicazione - partendo dalle condizioni a monte ( condizioni di stagnazione per l’entalpia del fluido) alle condizioni sub atmosferiche dell’anibiente ( pressione <1 atm) Essendo la corrente nella sezione di uscita ( troath section) in regime sonico con numero di Mach (NM) unitario, l’area di uscita assume il minimo valore tra quelli possibili con altri tipi di espansione. A converging nozzle is used to obtain the maximum feed flow rate in the cylinder. The expansion that occurs in the nozzle in subsonic conditions reduces the temperature of the air (or of the mixture). The nozzle operates - when communication is established - starting from the upstream conditions (conditions of stagnation due to the enthalpy of the fluid) to the sub atmospheric conditions of the anibient (pressure <1 atm) Since the current is in the outlet section (troath section ) in sonic regime with unit Mach number (NM), the output area assumes the lowest value among those possible with other types of expansion.
Tenendo conto della pressione parziale del combustibile, oltre a quella dell ’aria e che una parte della miscela che contribuisce a formare la carica totale proviene dalla precamenra, il peso totale di miscela che viene fornito al cilindro con il nuovo sistema risulta incrementato. Taking into account the partial pressure of the fuel, in addition to that of the air and that a part of the mixture that contributes to forming the total charge comes from the precamenra, the total weight of the mixture that is supplied to the cylinder with the new system is increased.
Per la parte di miscela povera immmessa attraverso l’ugello convergente il valore della portata di massa dipende dalla pressione nella camera di ristagno. Se questa viene portata a 3,0 atm per mezzo di un secondo compressore, partendo dal valore di circa 1,3 atm, ottenuto dal “comprex”, si verifica che il sistema illustrato è in grado di sovralimentare il cilindro durante il tempo disponibile per la comunicazione totale, nel corso del quale la sezione di passaggio aumenta fino ai valore massimo e quindi decresce. For the part of the lean mixture introduced through the converging nozzle, the mass flow rate depends on the pressure in the stagnation chamber. If this is brought to 3.0 atm by means of a second compressor, starting from the value of about 1.3 atm, obtained from the "comprex", it is verified that the system illustrated is able to supercharge the cylinder during the time available for total communication, during which the passage section increases up to the maximum value and then decreases.
E’ stata dettagliatamente esposta la fase di alimentazine per questa applicazione del nuovo sistema, dato che per essa si verificano le condizioni meno favorevoli. The power supply phase for this application of the new system has been detailed, given that the least favorable conditions occur for it.
In totale il tempo impegnato a 6.000 rev/min per l’alimentazione della miscela, con il i valori riportati sopra risulta pari a 2,1.10<-3 >secondi. In total, the time spent at 6,000 rev / min for feeding the mixture, with the above values is equal to 2.1.10 <-3> seconds.
La posizione del condotto di scarico rispetto al cilindro è fissata in modo che non esiste sovrapposizione con la fase di alimentazione. A questo scopo la distanza fra il lato sinistro del condotto di scarico ed il lato destro della sezione terminale del condotto di scarico deve risultare uguale alla larghezza della porta. Il tempo di ciclo viene impiegato secondo la ripartizione mostrata in Fig.3. The position of the exhaust duct with respect to the cylinder is fixed so that there is no overlap with the feeding phase. For this purpose, the distance between the left side of the exhaust duct and the right side of the end section of the exhaust duct must be equal to the width of the door. The cycle time is used according to the distribution shown in Fig. 3.
Nel nuovo motore hanno infùenza sull’efficienza: (1) la forma della camera di combustione mostrata in Fig.1 che aumenta la turbolenza in ogni elemento di volume della miscela in essa presente, (2) Γ iniezione attraverso di miscela ricca preinfiammata nella precamera. Questa tecnica è fondata sulla possibilità di ridurre il fenomeno detto “knock” (= detonazione), come mostrano i risultati di tecnologie già sperimentate. Il rapporto di compressione può essere aumentato oltre il valore 10/1 quando la detonazione viene ridotta. In the new engine, the following have an influence on efficiency: (1) the shape of the combustion chamber shown in Fig. 1 which increases the turbulence in each volume element of the mixture present in it, (2) Γ injection through pre-ignited rich mixture in the pre-chamber . This technique is based on the possibility of reducing the phenomenon called “knock” (= detonation), as shown by the results of technologies already tested. The compression ratio can be increased beyond 10/1 when knocking is reduced.
I nuovo motore con cilindrata complessiva do 2.316 cm<3>, senza tenere conto dell’ aumento di efficienza., quando viene munito di cupola rotante per la comunicazone del cilindro con Γ alimentazione e con lo scarico, può produrre una potenza massima che si stima essere 270 kW, per un regime di rotazione di circa 5.500 rev/min. The new engine with a total displacement of 2,316 cm <3>, without taking into account the increase in efficiency., When it is equipped with a rotating dome for the communication of the cylinder with the supply and exhaust, it can produce an estimated maximum power. be 270 kW, for a rotation speed of about 5,500 rev / min.
La modifiche necessarie per il motore sono, la riduzione del ciclo a due sole corse The necessary modifications for the engine are, the reduction of the cycle to only two strokes
nella relazione Γ) e quelle connesse che riguardano: (1) 1’ iniezione della miscela ricca preinfiammata nella precamera , (2) la compressone dell’aria di alimentazione; (3) limmissione del combustìbile in una camera di ristagno e l’iniezione nei cilindri attraverso un ugello sonico, (4) la pressione ridotta nei cilindri ad un valore subatmosferico assicurato dal loop di scarico. in relation Γ) and related ones concerning: (1) 1 'injection of the pre-ignited rich mixture into the pre-chamber, (2) the supply air compressor; (3) the injection of the fuel into a stagnation chamber and the injection into the cylinders through a sonic nozzle, (4) the reduced pressure in the cylinders to a subatmospheric value ensured by the exhaust loop.
Il valore della potenza massima sopra indicato non tiene però conto dell’effetto combinato dei fattori nuovi sulla combustione e quindi dell’aumento ulteriore dell’efficienza. La misura di questi effetti può solo essere ricavata sperimentalmente, ma può essere previsto che essi si produrranno. However, the value of the maximum power indicated above does not take into account the combined effect of the new factors on combustion and therefore the further increase in efficiency. The extent of these effects can only be found experimentally, but it can be predicted that they will occur.
Circa la riduzione delle emissioni pericolose, quando - secondo il loop do Fig. 2a - un veicolo viene equipaggiato con il TWC posizionato come indicato in Fig.2a, vengono ottenuti i livelli di emissione residua caratteristici del dispositivo per gli incombusti, il CO e per gli NOx. Inoltre il valore del “soot” diventa trascurabile per l’effetto del modificato processo di combustione. Regarding the reduction of dangerous emissions, when - according to the loop of Fig. 2a - a vehicle is equipped with the TWC positioned as indicated in Fig. 2a, the residual emission levels characteristic of the device for unburnt products, CO and for NOx. Furthermore, the "soot" value becomes negligible due to the effect of the modified combustion process.
L’applicazione illustrata risulta essere la più comune, solo a titolo esemplificativo è stata illustrata per un’ automobile di elevata potenza massima Infetti le stesse considerazioni possono essere estese ad un motore avente lo stesso numero di cilindri di minor volume. Ad essi può essere applicato la stessa metodologia esposta. L’incremento di efficienza può essere valutato tra il 4% ed il 6% e la riduzione del consumo di combustibile può essere correlato con detti valori. The illustrated application appears to be the most common, only by way of example it has been illustrated for a car with high maximum power. Infected the same considerations can be extended to an engine having the same number of smaller volume cylinders. The same methodology described can be applied to them. The increase in efficiency can be estimated between 4% and 6% and the reduction in fuel consumption can be correlated with these values.
In tutte le applicazioni il motore di cilindrata totale ridotta avrà in sostituzione del sistema di meccanico di distribuzione attuale (es:: valvole e albero a camme) un sistema semplificato. La potenza del nuovo motore di peso notevolemte ridotto è disponibile ad una più bassa velocità di rotazione. Essendo evitato il fenomeno della detonazione il motore può essere alimentato con benzina con minori limitazioni delle In all applications, the reduced total displacement engine will have a simplified system in place of the current mechanical distribution system (eg: valves and camshaft). The power of the new significantly reduced weight engine is available at a lower rotational speed. Since the phenomenon of detonation is avoided, the engine can be fueled with petrol with fewer limitations
sue caratteristiche its characteristics
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