IT201600085519A1 - Motore a combustione interna, sovralimentato, con distribuzione a valvole rotative - Google Patents

Description

“Motore a combustione interna, sovralimentato, con distribuzione a valvole rotative”.

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un motore a combustione interna, sovralimentato, con distribuzione a valvole rotative.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un motore alternativo a combustione interna a quattro tempi, con uno o più cilindri, equipaggiato con un gruppo di sovralimentazione e un gruppo di distribuzione con valvole rotative, in sostituzione delle valvole lineari a fungo tradizionalmente utilizzate.

Lo stato della tecnica preesistente nel campo dei motori alternativi a quattro tempi e sovralimentati, presenta tipicamente l’impiego di un compressore volumetrico o centrifugo ovvero di un tradizionale gruppo turbo-compressore e di una distribuzione realizzata tramite tradizionali valvole lineari a fungo comandate da un albero a camme.

La sovralimentazione, ovvero l'introduzione forzata della miscela combustibile-comburente nei cilindri rispetto a quella che sarebbe possibile ottenere con la normale aspirazione, tramite l’impiego, ad esempio, del solo compressore volumetrico o centrifugo, non consente di sfruttare l’energia cinetica contenuta nei gas di scarico, assorbendo necessariamente energia dal motore, raggiunge così un rendimento inferiore rispetto a quello di un motore turbocompresso.

La soluzione con gruppo turbo-compressore (compressore centrifugo azionato da un albero solidale ad una turbina alimentata dai gas di scarico), provvisto degli elementi ausiliari del caso, è ampiamente utilizzata e parte integrante dei motori alternativi nei settori automobilistico, nautico e in modo seppur più limitato anche in quello motociclistico.

Sia che si tratti di gruppi turbo-compressori aventi palettature a geometria fissa o variabile oppure soluzioni di sovralimentazione mista (un compressore volumetrico abbinato ad un turbo-compressore, o gruppi detti multi-turbo comprendenti più gruppi turbocompressori), o ancora compressori azionati direttamente dal motore, la sovralimentazione, in particolar modo in ambito motociclistico, pur essendo nota in alcune applicazioni, resta di difficile applicazione, anche per via del limitato spazio a disposizione sui motori motociclistici.

Come è noto, la distribuzione dei motori alternativi a quattro tempi è affidata tradizionalmente a valvole a fungo con movimento lineare alternativo e comandate da un albero a camme, dove le dimensioni di dette valvole devono essere tali da permettere l’immissione nel cilindro del motore della maggior quantità possibile di miscela fresca e di consentire la completa evacuazione dei gas di combustione nel minor tempo possibile. Per raggiungere questi risultati si è assistito nel tempo allo sviluppo di soluzioni tecniche con valvole aventi diametro e alzate sempre maggiori e tali da assicurare sezioni di passaggio della miscela fresca e dei gas combusti sempre più grandi.

L’aumento del valore massimo dell’alzata delle valvole comporta un incremento delle accelerazioni e conseguentemente delle sollecitazioni gravanti sugli organi della distribuzione dovute alle forze d’inerzia; conseguentemente per compensare la riduzione dell’alzata, limitata dagli elevati regimi di rotazione dei motori odierni, occorre aumentare il diametro della valvola. L’incremento del diametro delle valvole, oltremodo limitato dalla geometria del pistone, comportando un aumento del peso e quindi dell’inerzia della valvola, richiede un carico maggiore da imprimere alle molle di richiamo che si traduce in una forza maggiore necessaria per aprire le valvole.

In questo modo aumenta la potenza assorbita dal gruppo della distribuzione e dei carichi trasmessi dai componenti del sistema.

Una nota soluzione tecnica per questi inconvenienti è data dal noto sistema di distribuzione di tipo “desmodromico”, il quale pur azionando sempre valvole di tipo lineare a fungo, riesce a gestire la distribuzione senza l’impiego di molle di richiamo, a scapito però di una maggiore complessità meccanica, che si traduce in costi di fabbricazione più elevati e in regolazioni più accurate e frequenti.

Queste note soluzioni tecniche presentano tuttavia degli inconvenienti e dei limiti di utilizzo di seguito elencati. Un inconveniente della distribuzione realizzata tramite valvole a fungo, sia di tipo tradizionale sia di tipo desmodromico, è dovuto all’inerzia lineare delle valvole associata al moto alternativo delle masse coinvolte e tale da comportare una maggiore complessità costruttiva delle soluzioni tecniche relative alla distribuzione, come ad esempio del castello delle valvole, particolarmente importante in ambito motociclistico, per via degli elevati regimi di rotazione, il limitato spazio a disposizione e la costante necessità di diminuire il peso.

Un altro sentito inconveniente dei sistemi di distribuzione realizzati tramite valvole a fungo, consiste nel danno non trascurabile verificabile durante il cosiddetto “sfarfallamento” della valvola o in caso di guasto o rottura della cinghia di distribuzione a motore in movimento.

Nello stato dell’arte sono anche note numerose realizzazioni di gruppi di distribuzione per motori a quattro tempi realizzati tramite l’impiego di valvole rotative.

Un esempio di questi tipi di valvole rotative è proposto nel brevetto statunitense US 4,852,532 a nome Bishop, che descrive una valvola rotante per un motore a combustione interna avente un rotore cilindrico cavo avente lungo il suo foro, un deflettore integrale inclinato con aperture su entrambi i lati del diaframma atto ad essere portato in comunicazione con una finestra durante la rotazione del rotore cilindrico cavo, il rotore essendo supportato per mezzo di rulli supportati in scanalature ricavate nella superficie del rotore e alloggiati nella superficie interna di un foro della testata. Le guarnizioni sono fornite attorno alla finestra, le guarnizioni consistono in strisce di tenute disposte in scanalature longitudinali ricavate nel foro della testata e anelli circonferenziali alloggiati in scanalature anulari entro il foro della testata, le strisce longitudinali poggiano in contatto superficiale ad ogni estremità della superficie di uno degli anelli circonferenziali.

Esistono ulteriori realizzazioni della valvola rotativa cava descritta in versione bialbero, quale ad esempio quella brevettata nel documento statunitense US 6,755,171 che descrive una valvola rotativa che comprende tre elementi di tenuta a lama e quattro anelli circolari di tenuta, due per ciascuna estremità. Il complesso di valvola cava ruota a metà della velocità di manovella del motore per un (cilindro singolo motore a quattro tempi).

Per quest’ultima forma di realizzazione è pure nota una variante, sempre in versione bialbero, realizzata tramite l’impiego di ingranaggi ellittici nella catena di trasmissione del moto alle valvole cave dall’albero motore, come descritto nella domanda di brevetto italiana numero 102015000052743 a nome ORZI Daniele.

Sono note anche valvole rotative di tipo a sfera, quale ad esempio quella proposta nel brevetto europeo EP0369099 che descrive un gruppo valvola rotativa sferica per un motore a combustione interna del tipo a pistone e cilindro in cui il gruppo valvola rotativa sferica è posizionato all'interno di una testata avente un alloggiamento superiore e inferiore, tale quando assicurata definisce una cavità per un albero di rotazione essendo montato su di esso, un tamburo di aspirazione e un tamburo di scarico per ciascun cilindro, la parte inferiore della testata essendo ivi posizionato, la luce di ingresso e la luce di uscita per il cilindro, la divisione della testata avente un passaggio di aspirazione e un passaggio di scarico in comunicazione con le cavità della testata, la rotazione del rispettivo tamburo di aspirazione e del tamburo di scarico all'interno delle rispettive cavità interrompendo il rispettivo flusso di miscela aria combustibile o dei gas di scarico verso o dal cilindro mediante passaggi all'interno dei tamburi, i tamburi girevoli all'interno della cavità in una rotazione a tenuta di gas su una tenuta anulare tramite mezzi assialmente posizionati sulla luce di ingresso e sulla luce di uscita nella parte inferiore del gruppo testata tale che il contatto di attrito incontrato è quella dei tamburi a contatto con le guarnizioni e l'albero a contatto con i cuscinetti nel gruppo testata, essendovi una coppia di tamburi associati a ciascun cilindro. Esistono ulteriori realizzazioni della valvola rotativa a sfera descritta in versione bialbero, quale ad esempio quella brevettata nel documento statunitense US 4,852,532 che descrive un gruppo di valvole rotative per motori a combustione interna che prevedono l’alloggiamento in due pezzi nella testa del cilindro, di valvole di aspirazione rotanti e di valvole di scarico rotanti montate su alberi indipendenti, operanti a velocità di un quarto di quella dell'albero motore, con ciascuna delle valvole di aspirazione e scarico aventi due passaggi per l'introduzione e l'interruzione della miscela aria-combustibile nel cilindro e l'evacuazione e l'interruzione di evacuazione dei gas esausti dal cilindro, rispettivamente.

Nello stato dell’arte sono altresì note realizzazione di valvole rotative a feritoia del tipo bialbero a singola feritoia, così come pure valvole a doppia feritoia, realizzate sia in versione monoalbero che bialbero come descritto nell’ulteriore domanda di brevetto italiana numero 102016000081969, a nome degli stessi richiedenti, che riguarda un gruppo valvole rotative a feritoia per la distribuzione meccanica di un motore termico alternativo a combustione interna, a 4 tempi, comprende:

- un corpo testata definente internamente almeno una sede valvola;

- almeno una valvola rotativa avente forma cilindrica girevolmente disposta in detta almeno una sede valvola;

nel quale su detta almeno una valvola rotativa è ricavata almeno una feritoia passante sviluppata in direzione radiale, detta feritoia essendo atta a porre alternativamente in collegamento di fluido dette aperture di aspirazione e di scarico con detta almeno apertura di passaggio a detta incameratura di collegamento.

Alla luce di quanto esposto, scopo della presente invenzione è quello di superare i menzionati inconvenienti, mettendo a disposizione degli utilizzatori un motore a quattro tempi, sovralimentato, con la distribuzione realizzata tramite l’impiego di valvole rotative avente un rendimento e prestazioni meccaniche migliorate.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un motore a quattro tempi, sovralimentato, con la distribuzione realizzata tramite l’impiego di valvole di rotative, atto a garantire un elevato livello di resistenza e affidabilità nel tempo e tale da poter inoltre essere facilmente ed economicamente realizzato.

Questi ed altri scopi sono raggiunti dalla presente invenzione in accordo con la rivendicazione principale. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione.

Le caratteristiche costruttive e funzionali del motore a combustione interna a quattro tempi con valvole rotative, sovralimentato, potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, nella quale si fa riferimento alle allegate tavole di disegno che ne rappresentano una forma di realizzazione preferita, e non limitativa, in cui: la figura 1 è una rappresentazione schematica e parzialmente sezionata di una vista laterale di un motore a combustione interna sovralimentato provvisto di un gruppo distribuzione realizzato tramite valvole rotative, oggetto della presente invenzione, in una forma di realizzazione con la distribuzione realizzata da una coppia di valvole rotative;

la figura 2 è una rappresentazione schematica di una vista in sezione trasversale di una forma di realizzazione del solo gruppo di distribuzione equipaggiato con una coppia di valvole rotative a singola feritoia;

la figura 3 è una rappresentazione schematica e parzialmente sezionata di una vista laterale di un motore a combustione interna sovralimentato provvisto di un gruppo distribuzione realizzato tramite un gruppo valvole rotative, oggetto della presente invenzione, in una forma di realizzazione con la distribuzione realizzata da una singola valvola rotativa; la figura 4 è una rappresentazione schematica di una vista in sezione trasversale di una ulteriore forma di realizzazione del solo gruppo di distribuzione equipaggiata da una singola valvola rotativa a doppia feritoia.

Con riferimento iniziale alle figure da 1 a 4, è raffigurato in due forme di realizzazione preferite, un motore 100 alternativo a combustione interna, a quattro tempi, comprendente un albero motore 101, almeno un cilindro 120 all’interno del quale è scorrevolmente disposto un pistone (non raffigurato), un gruppo di distribuzione 10, 10’ atto alla regolazione dei fluidi in ingresso e in uscita da detto motore 100 e un gruppo di sovralimentazione di detto motore 100. Il motore 100 presenta la caratteristica innovativa che detto gruppo di distribuzione 10, 10’ comprende almeno una valvola rotativa 20, 60 e che detto gruppo di sovralimentazione è un gruppo carter pompa 111 atto a comprimere la miscela dei fluidi in ingresso al motore 100 attraverso detto gruppo di distribuzione 10, 10’, in maniera tale da definire una auto-sovralimentazione del motore 100.

Con riferimento particolare alle figure 1 e 3, detto gruppo carter pompa 111 nella forma di realizzazione preferita comprende:

- un carter esterno 111’ di contenimento al cui interno è girevolmente disposta almeno una massa volanica 110 solidale a detto albero motore 101;

- una biella 109 collegata a detto pistone scorrevolmente disposto all’interno di detto cilindro 120;

- un’apertura di ingresso 107 e un’apertura di uscita 108 ricavate su detto carter esterno 111’ e comunicanti con la sua parte interna;

- un corpo farfallato 106 provvisto di valvola a farfalla 103 disposta in corrispondenza di apertura di ingresso 107 e atto alla regolazione dell’aria in ingresso;

- un iniettore elettronico 105 preferibilmente disposto in corrispondenza di detta apertura di ingresso 107 e atto all’immissione del combustibile;

- una prima valvola di non ritorno 112 lamellare, disposta in corrispondenza di detta apertura di uscita 108, atta a impedire il ritorno dei fluidi all’interno del carter esterno 111’;

- una seconda valvola di non ritorno 104 lamellare disposta in corrispondenza di detta apertura di ingresso 107, detta valvola essendo atta a impedire l’uscita dei fluidi attraverso la stessa apertura di ingresso 107; - un condotto di alimentazione 114 atto a porre in collegamento di fluido detto gruppo carter pompa 111 con detto gruppo di distribuzione 10, 10'.

- un condotto smorzatore 113 integrato in detto condotto di alimentazione 114, detto condotto smorzatore essendo atto allo smorzamento delle pulsazioni fluidodinamiche. Detto gruppo carter pompa 111 utilizza vantaggiosamente una configurazione con organi meccanici del tipo impiegato nei tradizionali motori a due tempi, detto gruppo carter pompa essendo però sprovvisto di condotti di travaso tipicamente utilizzati in detti motori a due tempi, dove detta biella 109, dette masse volaniche 110 e detto pistone essendo cooperanti con detto carter esterno 111’ al fine di comprimere la miscela aria combustibile all’interno di detto condotto di alimentazione.

Detta seconda valvola di non ritorno 104 lamellare e detta prima valvola di non ritorno lamellare 112 possono essere funzionalmente sostituite da sistemi meccanici equivalenti noti nei motori a due tempi, quali aperture di passaggio chiuse ciclicamente dagli organi meccanici in movimento del gruppo carter pompa 111, tipo ad esempio le masse volaniche 110.

L’iniettore elettronico 105, come rappresentato in figura 1 e 3 può essere stabilizzato al carter esterno 111’ in maniera tale da iniettare al suo interno il combustibile, miscelato al comburente ed eventualmente anche al fluido lubrificante, detto iniettore elettronico 105 essendo regolato tramite la valvola a farfalla 103 alloggiata nel corpo farfal lato 106 connesso al carter esterno 111 tramite noti mezzi di collegamento smontabili.

Le valvole lamellari 104 e 112, come rappresentato nelle figure 1 e 3, sono alloggiate ciascuna in un’apposita sede ricavata nel carter esterno 111’ e fissate tramite noti mezzi di collegamento smontabili.

Con riferimento anche alle figure 2 e 4, il condotto smorzatore di pulsazioni 113 può essere integrato in detto condotto di alimentazione 114, detto condotto di alimentazione 114 essendo in collegamento di fluido con detto gruppo carterpompa 111 da una parte, in corrispondenza della prima valvola lamellare di non ritorno 112, e dall’altra a delle aperture di alimentazione 13, 53 del gruppo di distribuzione 10, 10’.

Con riferimento ancora alle figure 1 e 3, il pistone (non raffigurato), collegato all’albero motore 101 tramite un noto meccanismo biella-manovella, è scorrevolmente disposto all’interno del cilindro motore 120; detto cilindro motore 120, è collegato da una parte al carter-pompa 111, dall’altra al gruppo di distribuzione 10, 10’ su entrambi i lati tramite noti mezzi di collegamento smontabili, tipicamente, in questa forma di realizzazione, per mezzo di collegamenti filettati.

Il gruppo di distribuzione 10, 10’ può inoltre essere collegato in trasmissione di moto rotazionale con l’albero motore 101 di detto motore 100 tramite noti mezzi di trasmissione del moto 102, tipicamente, in queste forme preferite di realizzazione, per mezzo di un sistema a cinghie e pulegge dentate.

Con riferimento particolare alla figura 2, il gruppo di distribuzione 10 può comprendere, per ogni cilindro 120 di detto motore 100:

- un corpo testata 11 definente internamente due sedi valvola 12 avente forma di camera cilindrica poste in collegamento di fluido con almeno un‘apertura di alimentazione 13, almeno un’apertura di scarico 13’ collegata a un condotto di scarico 115, dette sedi valvola 12 essendo poste ulteriormente in collegamento di fluido con due aperture di passaggio 14 alla camera di combustione 122 di detto cilindro 120;

- due valvole rotative 20 aventi forma cilindrica girevolmente disposte in dette sedi valvole 12, e provviste di noti mezzi per la tenuta dei fluidi 21, dette valvole rotative 20 essendo atte alla distribuzione dei fluidi termodinamici di lavoro di detto motore 100.

Ciascuna di dette valvole rotative 20 è caratterizzata dal fatto che su di essa è ricavata una feritoia 22 passante trasversalmente sviluppata e atta a porre alternativamente in collegamento di fluido dette aperture di alimentazione e di scarico 13, 13’ con dette aperture di passaggio 14 a detta camera di combustione 122.

In una forma variante non raffigurata, detto corpo testata 11 può comprendere più aperture di alimentazione 13 e più aperture di scarico 13’ e, su ogni valvola rotativa 20, possono essere ricavate due feritoie passanti 22 sviluppate in direzione radiale, dette feritoie 22 essendo atte a porre alternativamente in collegamento di fluido dette aperture di alimentazione e di scarico 13, 13’ con dette apertura di collegamento 14 a detta camera di combustione 122.

In questa forma di realizzazione, con riferimento nuovamente alla figura 1, la trasmissione del moto di rotazione è trasferita alle valvole rotative 20 da detto albero motore 101 preferibilmente tramite noti mezzi di trasmissione del moto 102, tipo cinghie dentate impegnate su pulegge girevolmente calettate solidalmente alle valvole rotative, in maniera tale da condurle in rotazione in senso concorde, oppure tramite un sistema di ingranaggi nel caso in cui le valvole rotative debbano essere condotte in senso di rotazione discorde, come nel caso di valvole a doppia feritoia.

In questa forma di realizzazione rappresentata in figura 2, il motore 100 auto-sovralimentato è equipaggiato da una distribuzione realizzata tramite una coppia di valvole rotative 20 sulle quale è ricavata una singola feritoia 22.

Con riferimento ora alla figura 4, in una forma di realizzazione alternativa, il gruppo di distribuzione 10’ del motore termico alternativo a combustione interna, a 4 tempi, comprende:

- un corpo testata 51 definente internamente una sola sede valvola 52 avente forma di camera cilindrica posta in collegamento di fluido con un‘apertura di alimentazione 53, un’apertura di scarico 53’, dette sedi valvola essendo poste ulteriormente in collegamento di fluido con un’apertura di passaggio 14 alla camera di combustione 122;

- un’ unica valvola rotativa 60 girevolmente disposta in detta sede valvola 52, avente forma cilindrica e provvista di noti mezzi per la tenuta dei fluidi 61, detta valvola rotativa 60 essendo atta alla distribuzione dei fluidi termodinamici di lavoro di detto motore 100.

Su detta unica valvola rotativa 60 sono ricavate due feritoie passanti 62 sviluppate in direzione radiale, dette feritoie 62 essendo atte a porre alternativamente in collegamento di fluido dette aperture di alimentazione e di scarico 53, 53’ con detta unica apertura di collegamento 54 a detta camera di combustione 122.

Con riferimento nuovamente alla figura 3, in questa seconda forma di realizzazione, il gruppo di distribuzione 10’ può essere collegato in trasmissione di moto rotazionale con l’albero motore 101 di detto motore 100 tramite noti mezzi di trasmissione del moto 102 tipo cinghie dentate impegnate su pulegge girevolmente calettate solidalmente alla singola valvola rotativa.

Con riferimento a tutte le forme di realizzazione descritte, il motore 100 auto-sovralimentato, in alcune possibili varianti, può anche comprendere un gruppo di distribuzione 10, 10’ comprendente una o più valvole rotative di tipo cavo. Sempre con riferimento a tutte le forme di realizzazione descritte, il motore 100 auto-sovralimentato, in ulteriori possibili varianti, può anche comprendere un gruppo di distribuzione 10, 10’ comprendente almeno una valvola rotativa di tipo sferico.

Dalla descrizione delle parti costituenti il motore 100, oggetto dell’invenzione, si evince il funzionamento dello stesso, di seguito descritto.

Con riferimento alle figure 1 e 2, è descritto esemplificativamente il funzionamento del motore 100 nella prima forma di realizzazione, in cui un motore 100 alternativo a combustione interna a quattro tempi, auto-sovralimentato, per semplicità di descrizione monocilindrico, avente un gruppo di distribuzione 10 con una coppia di valvole rotative 20, di forma cilindrica, una dedicata all'alimentazione della miscela comburente l'altra allo scarico dei gas combusti, dove all’interno di ciascuna valvola rotativa 20 è ricavata una feritoia 22, avente preferibilmente e non limitatamente una sezione rettangolare smussata dove detta feritoia 22 attraversa completamente detta valvola rotativa nel piano trasversale, detta feritoia 22 essendo sostanzialmente simmetrica rispetto a un piano assiale, ed essendo attraversata dai gas che entrano ed escono dai cilindri.

Le cavità interne alla valvola rotativa 20, definenti le feritoie 22, essendo preferibilmente prive di spigoli vivi favoriscono la fluidodinamica dei fluidi in transito e mantengono costante l’area di sezione di passaggio lungo tutto il loro sviluppo.

Le valvole rotative 20, essendo girevolmente alloggiate nelle corrispondenti sedi valvola 12, sono atte a ruotare attorno al proprio asse, sostanzialmente parallelo a quello dell'albero motore 101 al quale dette valvole rotative 20, sono collegate in trasmissione cinematica tramite noti mezzi di trasmissione 102 del moto rotazionale sono atte a ruotare con una velocità angolare pari a un quarto della velocità angolare dell’albero motore 101, dette valvole rotative 20, essendo supportate da noti tradizionali cuscinetti volventi (non raffigurati).

Durante la fase di compressione il pistone (non raffigurato) risalendo dal punto morto inferiore al punto morto superiore genera una depressione all’interno del carter esterno 111’ di detto gruppo carter-pompa 111 che fa aprire la seconda valvola lamellare 104 (in modo che l’aria comburente possa affluire nel carter-pompa 111 e investire il combustibile immesso direttamente nel carter-pompa 111 tramite preferibilmente un iniettore a comando elettronico 105) e mantiene chiusa la prima valvola lamellare 112.

In questa fase, con riferimento particolare alla figura 2, le valvole rotative 20 sono disposte in modo da non mettere in collegamento di fluido la camera di combustione 122 con i condotti di alimentazione 114 e di scarico 115.

Durante la fase successiva di accensione/espansione il pistone (non raffigurato) ridiscende verso il punto morto inferiore generando lavoro utile all’albero motore 101, forza l’apertura della prima valvola lamellare 112 (spingendo la miscela combustibile-comburente presente nel carter-pompa 111 nel condotto smorzatore di pulsazioni 113) e mantiene chiusa la seconda valvola lamellare 104. Poiché anche durante questa fase le valvole rotative 20 sono disposte in modo da non mettere in collegamento di fluido la camera di combustione 122 con i condotti di alimentazione 114 e di scarico 115, la miscela combustibile comburente resta intrappolata nel condotto smorzatore di pulsazioni, in sovra-pressione rispetto alla pressione atmosferica.

Nella successiva fase di scarico il pistone (non raffigurato) risalendo verso il punto morto superiore espelle i gas esausti attraverso la valvola rotativa 20 di scarico che è disposta in questa fase in modo da porre in collegamento di fluido la camera di combustione 122 con il condotto di scarico 115. La seconda valvola lamellare 104, grazie alla depressione generata dal pistone (non raffigurato) nella sua risalita, si apre per consentire un secondo riempimento di miscela all’interno del gruppo carter-pompa 111. La miscela combustibile comburente intrappolata nel condotto smorzatore di pulsazioni 113 dalla fase precedente di scarico, resta bloccata, in sovra-pressione rispetto alla pressione atmosferica, tra il condotto di alimentazione 114 e la prima valvola lamellare 112, entrambe serrate fino alla successiva fase di aspirazione, in cui la ridiscesa del pistone (non raffigurato) verso il punto morto inferiore trasferisce la seconda carica di miscela combustibile-comburente in camera di combustione 122, grazie alla posizione assunta dalla valvola rotativa 20 lato aspirazione e dalla prima valvola lamellare 112 disposte in modo da porre in collegamento di fluido il gruppo carter-pompa 111 con la camera di combustione 122, mentre la seconda valvola lamellare 104, essendo serrata, assicura la tenuta del sistema.

Il condotto di alimentazione 114 può inoltre anche ospitare o essere collegato a un tradizionale carburatore.

Il raffreddamento è assicurato dall’azione simultanea dell’aria che investe le alette di raffreddamento del cilindro motore 120 e dall’acqua del circuito di raffreddamento che circola nei condotti ricavati nella testa e nel cilindro motore 120 nelle immediate vicinanze delle valvole rotative Con riferimento alle figure 3 e 4, è esemplificativamente descritto il funzionamento del motore 100 nella seconda forma di realizzazione, in cui un motore 100 alternativo a combustione interna a quattro tempi, auto-sovralimentato, per semplicità di descrizione monocilindrico, equipaggiato da una distribuzione realizzata tramite una singola valvola rotativa 60 provvista di feritoie 62 di transito per i fluidi di lavoro del motore, in grado di assolvere, nella sua rotazione ciclica, sia l'aspirazione della miscela fresca sia lo scarico dei gas combusti.

Detta valvola rotativa 60 di forma cilindrica, al cui interno sono ricavate due feritoie 62, aventi ciascuna preferibilmente e non limitatamente una sezione rettangolare smussata dove detta feritoia 62 attraversa completamente detta valvola rotativa nel piano trasversale, dette feritoie 62 essendo sostanzialmente simmetriche rispetto a un piano assiale, ed essendo attraversate dai gas che entrano ed escono dai cilindri.

Le cavità interne alla valvola rotativa 20, definenti le feritoie 22, essendo preferibilmente prive di spigoli vivi favoriscono la fluidodinamica dei fluidi in transito e mantengono costante l’area di sezione di passaggio lungo tutto il loro sviluppo.

La valvola rotativa 60, essendo girevolmente alloggiata nella corrispondente sede valvola 52, è atta a ruotare attorno al proprio asse, sostanzialmente parallelo a quello dell'albero motore 101 al quale detta valvola rotative 60, è collegate in trasmissione cinematica tramite dei noti mezzi di trasmissione del moto rotazionale 102 ed è atta a ruotare con una velocità angolare pari a un quarto della velocità angolare dell’albero motore 101, detta valvole rotativa 60, essendo supportata da noti tradizionali cuscinetti volventi (non raffigurati).

Durante la rotazione ciclica della valvola 60, le feritoie 62 sono attraversata alternativamente dalla miscela combustibile-comburente in ingresso al cilindro e dai gas esausti in uscita dal cilindro 120, alternando periodicamente il tipo di gas in transito in ciascuna feritoia.

Durante la fase di compressione il pistone (non raffigurato) risalendo dal punto morto inferiore al punto morto superiore genera una depressione all’interno del carter-pompa 111 che fa aprire la seconda valvola lamellare 104 (in modo che l’aria comburente possa affluire nel carter-pompa 111 e investire il combustibile immesso direttamente nel carterpompa 111 tramite preferibilmente un iniettore a comando elettronico 105) e mantiene chiusa la prima valvola lamellare 112.

In questa fase, la valvola rotativa 60 è disposta in modo da non mettere in collegamento di fluido la camera di combustione 122 con i condotti di alimentazione 114 e di scarico 115.

Durante la fase successiva di accensione/espansione il pistone (non raffigurato) ridiscende verso il punto morto inferiore generando lavoro utile all’albero motore, forza l’apertura della prima valvola lamellare 112 (spingendo la miscela combustibile-comburente presente nel gruppo carterpompa 111 nel condotto smorzatore di pulsazioni 113) e mantiene chiusa la seconda valvola lamellare 104. Poiché anche durante questa fase la valvola rotativa 60 è disposta in modo da non mettere in collegamento di fluido la camera di combustione 122 con i condotti di alimentazione 114 e di scarico 115, la miscela combustibile comburente resta intrappolata nel condotto smorzatore di pulsazioni, in sovrapressione rispetto alla pressione atmosferica.

Nella successiva fase di scarico il pistone (non raffigurato) risalendo verso il punto morto superiore espelle i gas esausti attraverso alternativamente una delle due feritoie 62 della valvola 60 che è disposta in questa fase in modo da porre in collegamento di fluido la camera di combustione 15 con il condotto di scarico 115. La seconda valvola lamellare 104, grazie alla depressione generata dal pistone (non raffigurato) nella sua risalita, si apre per consentire un secondo riempimento di miscela all’interno del gruppo carterpompa 111. La miscela combustibile-comburente intrappolata nel condotto smorzatore di pulsazioni 113 dalla fase precedente di scarico, resta bloccata, in sovra-pressione rispetto alla pressione atmosferica, tra il condotto di alimentazione 114 e la prima valvola lamellare 112, entrambe serrate fino alla successiva fase di aspirazione, in cui la ridiscesa del pistone (non raffigurato) verso il punto morto inferiore trasferisce la seconda carica di miscela combustibilecomburente in camera di combustione 122, grazie alla posizione assunta alternativamente da una delle due feritoie 62 della valvola rotativa 60 e dalla prima valvola lamellare 112 disposte in modo da porre in collegamento di fluido il gruppo carter-pompa 111 con la camera di combustione 122, mentre la seconda valvola lamellare 104, essendo serrata, assicura la tenuta del sistema.

Il condotto di alimentazione 114 può inoltre ospitare o essere collegato a un tradizionale carburatore.

Il raffreddamento è assicurato dall’azione simultanea dell’aria che investe le alette di raffreddamento del cilindro motore 120 e dall’acqua del circuito di raffreddamento che circola nei condotti ricavati nella testa e nel cilindro motore 120 nelle immediate vicinanze della valvola rotativa 60.

Come si può rilevare da quanto precede, sono evidenti i vantaggi che la presente invenzione consegue.

Comunemente a tutte le forme di realizzazione, è vantaggiosamente possibile ottenere una sovralimentazione sfruttando la compressione della miscela combustibile-comburente intrappolata nel condotto-smorzatore di pulsazioni posto in collegamento di fluido tra la valvola di non ritorno posta all’uscita del gruppo carter-pompa e il condotto di alimentazione della valvola rotativa, senza l’aggiunta di alcun organo dedicato in movimento (compressore, turbina, etc). Nella forma di realizzazione con la distribuzione realizzata tramite una coppia di valvole rotative è evidente il vantaggio di poter realizzare un motore auto-sovralimentato, a quattro tempi, caratterizzato dalla drastica riduzione dei componenti della distribuzione, con l’eliminazione di quelli caratterizzati dal moto alterno che azionano le tradizionali valvole a fungo: non dovendo premere molle la potenza richiesta dall'azionamento della distribuzione è minima rendendo disponibile all’albero motore un valore di coppia maggiore, a parità di velocità di rotazione; inoltre questo sistema si presta particolarmente ad equipaggiare i motori che ruotano ad elevato numero di giri e che vengono installati in ambiti particolarmente sensibili a contenere il peso e l’ingombro.

Questa soluzione ha inoltre il vantaggio di aumentare decisamente la sezione di passaggio sia in aspirazione che in scarico, e di conseguenza migliorare notevolmente la “respirazione” del motore rispetto a quelli equipaggiati con tradizionali valvole a fungo.

Il motore risulta anche più affidabile in quanto con questo sistema si evitano i gravi danni dovuti al martellamento delle valvole contro il cielo dei pistoni in caso di guasti o anomalie del meccanismo della distribuzione tradizionale; infatti le valvole rotative sono posizionate all’esterno del cilindro, e non possono mai interferire meccanicamente con i pistoni.

La soluzione di impiegare una coppia di valvole rotative ha inoltre il vantaggio di aumentare la distanza tra i condotti che collegano le valvole alla camera di combustione, che risultano collocati ai margini della camera di combustione, riducendo l’effetto di corto-circuito della miscela fresca verso lo scarico. Tale distanza invece impiegando le valvole a fungo è minima con conseguente riduzione di lavoro utile e maggiore emissione di idrocarburi incombusti.

Pur sottraendo energia al motore il maggior riempimento volumetrico del cilindro dovuto all’azione contemporanea della sovra-pressione del condotto-smorzatore in aspirazione al motore e dell’incremento della sezione di passaggio reso disponibile dalle valvole rotative rispetto a quelle a fungo tradizionalmente impiegate, garantisce un rendimento superiore rispetto a quello di un motore aspirato dello stesso livello tecnologico.

Nella forma di realizzazione con la distribuzione realizzata tramite una singola valvola rotativa, è evidente il vantaggio di poter realizzare un motore auto-sovralimentato, a quattro tempi, leggero e compatto, in grado di abbinare alla semplicità costruttiva tipica di un cosiddetto “monoalbero” ridotti costi di esecuzione e manutenzione.

Benché l’invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento ad alcune forme di realizzazione preferite, date solo a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un tecnico del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nell’ambito delle rivendicazioni che seguono.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI (1) Un motore (100) a combustione interna a quattro tempi comprendente un albero motore (101), almeno un cilindro (120) all’interno del quale è scorrevolmente disposto un pistone, un gruppo di distribuzione (10, 10’) atto alla regolazione dei fluidi in ingresso e in uscita da detto motore (100) e un gruppo di sovralimentazione di detto motore (100), caratterizzato dal fatto che detto gruppo di distribuzione (10,10’) comprende almeno una valvola rotativa (20,60) e che detto gruppo di sovraalimentazione è un gruppo carter pompa (111) atto a comprimere la miscela dei fluidi in ingresso al motore (100) attraverso detto gruppo di distribuzione (10,10’) in maniera tale da definire una auto-sovralimentazione del motore (100). (2) Il motore (100) secondo la rivendicazione 1, dove detto gruppo carter-pompa (111) di sovralimentazione comprende: - un carter esterno (111’) di contenimento al cui interno è girevolmente disposta almeno una massa volanica (110) solidale a detto albero motore (101); - una biella (109) collegata a detto pistone scorrevolmente disposto all’interno di detto cilindro (120); - un’apertura di ingresso (107) e un’apertura di uscita (108) comunicanti con la parte interna su detto carter esterno (111’) e ricavate in essa; - un condotto di alimentazione (114) atto a porre in collegamento di fluido detto gruppo carter pompa (111) con detto gruppo di distribuzione (10, 10’); detta biella (109), dette masse volaniche (110) e detto pistone essendo cooperanti con detto carter esterno (111’) al fine di comprimere la miscela comburentecombustibile all’interno di detto condotto di alimentazione (114). (3) Il motore (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto gruppo carter pompa (111) comprendere ulteriormente un corpo farfallato (106) provvisto di valvola a farfalla (103) disposta in corrispondenza della apertura di ingresso (107), atto alla regolazione del comburente in ingresso e un iniettore elettronico (105) disposto in corrispondenza di detta apertura di ingresso (107) atto all’immissione del combustibile. (4) Il motore (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto gruppo carter pompa (111) comprende ulteriormente una prima valvola di non ritorno (112) lamellare disposta in corrispondenza di detta apertura di uscita (108) atta a impedire il ritorno dei fluidi all’interno del carter esterno (111’) e una seconda valvola di non ritorno (104) lamellare disposta in corrispondenza di detta apertura di ingresso(107), detta valvola essendo atta a impedire l’uscita dei fluidi attraverso detta apertura di ingresso (107). (5) Il motore (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto gruppo carter pompa (111) comprendere ulteriormente un condotto smorzatore (113) integrato in detto condotto di alimentazione (114), detto condotto smorzatore essendo atto allo smorzamento delle pulsazioni fluidodinamiche. (6) Il motore (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di distribuzione (10, 10’) comprende almeno una valvola rotativa (20, 60). (7) Il motore (100) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta valvola rotativa (20) è una valvola rotativa a singola feritoia. (8) Il motore (100) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta valvola rotativa (60) è una valvola rotativa a doppia feritoia. (9) Il motore (100) secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che detta valvola rotativa (20, 60) è una valvola rotativa di tipo cavo o di tipo a sfera. (10) Il motore (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di distribuzione (10, 10’) è collegato in trasmissione di moto rotazionale con detto albero motore (101) tramite di noti mezzi di trasmissione del moto (102).