IT201800001661A1 - TWO-STROKE ENGINE WITH OPPOSING PISTONS - Google Patents

TWO-STROKE ENGINE WITH OPPOSING PISTONS Download PDF

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IT201800001661A1
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IT
Italy
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cylinder
engine
axis
intake duct
longitudinal axis
Prior art date
Application number
IT201800001661A
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Italian (it)
Inventor
Enrico Mattarelli
Tommaso Savioli
Carlo Alberto Rinaldini
Original Assignee
Univ Degli Studi Di Modena E Reggio Emilia
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B25/00Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders
    • F02B25/02Engines characterised by using fresh charge for scavenging cylinders using unidirectional scavenging
    • F02B25/08Engines with oppositely-moving reciprocating working pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B31/00Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder
    • F02B31/04Modifying induction systems for imparting a rotation to the charge in the cylinder by means within the induction channel, e.g. deflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del Brevetto Italiano per Invenzione Industriale dal titolo: of the Italian Patent for Industrial Invention entitled:

“MOTORE A DUE TEMPI E A PISTONI CONTRAPPOSTI” "TWO-STROKE ENGINE WITH OPPOSING PISTONS"

Campo della tecnica Field of technique

La presente invenzione riguarda i motori a due tempi e pistoni contrapposti, in particolare quelli che operano in ciclo Diesel. The present invention relates to two-stroke engines with opposed pistons, in particular those operating in the Diesel cycle.

Stato della tecnica State of the art

Come è noto, i motori a due tempi Diesel e a pistoni contrapposti comprendono generalmente un cilindro in cui sono scorrevolmente ricevuti due pistoni, reciprocamente contrapposti, che chiudono le opposte estremità del cilindro e che definiscono al suo interno una camera di combustione. As is known, two-stroke Diesel and opposed piston engines generally comprise a cylinder in which two mutually opposed pistons are slidingly received, which close the opposite ends of the cylinder and which define a combustion chamber inside it.

I pistoni sono collegati a rispettivi manovellismi di spinta, in modo da essere singolarmente atti a scorrere avanti e indietro all’interno dell’unico cilindro, compiendo ciclicamente una corsa di avanzamento seguita da una successiva corsa di arretramento. The pistons are connected to respective thrust cranks, so as to be individually able to slide back and forth within the single cylinder, cyclically making a forward stroke followed by a subsequent backward stroke.

Durante la corsa di avanzamento, i due pistoni si avvicinano riducendo progressivamente il volume della camera di combustione sino a raggiungere una cosiddetta posizione di punto morto superiore. During the advance stroke, the two pistons approach each other, progressively reducing the volume of the combustion chamber until a so-called top dead center position is reached.

Viceversa, durante la corsa di arretramento, i due pistoni si allontanano aumentando progressivamente il volume della camera di combustione sino a raggiungere una cosiddetta posizione di punto morto inferiore. Conversely, during the retraction stroke, the two pistons move apart, progressively increasing the volume of the combustion chamber until they reach a so-called lower dead center position.

Quando i pistoni si trovano in corrispondenza della posizione di punto morto inferiore, la camera di combustione è in comunicazione con almeno una luce di aspirazione (convenzionalmente detta anche luce di lavaggio) e con almeno una luce di scarico, le quali sono ricavate sulla superficie laterale interna del cilindro e sono posizionate in corrispondenza delle opposte estremità assiali della camera di combustione. When the pistons are in correspondence with the lower dead center position, the combustion chamber is in communication with at least one intake port (conventionally also called washing port) and with at least one exhaust port, which are formed on the lateral surface inside the cylinder and are positioned at the opposite axial ends of the combustion chamber.

La luce di aspirazione è collegata con un compressore atto a caricare la camera di combustione con una massa d’aria fresca che, contestualmente, spinge i gas di combustione generati durante il ciclo motore precedente ad uscire attraverso la luce di scarico. The intake port is connected to a compressor designed to load the combustion chamber with a mass of fresh air which, at the same time, pushes the combustion gases generated during the previous engine cycle to exit through the exhaust port.

Successivamente, muovendosi verso la posizione di punto morto superiore, i pistoni, dopo aver chiuso le luci di aspirazione e di scarico, comprimono la massa d’aria fresca all’interno della camera di combustione. Subsequently, moving towards the top dead center position, the pistons, after closing the intake and exhaust ports, compress the mass of fresh air inside the combustion chamber.

Durante questa fase di compressione, un iniettore, collocato sostanzialmente al centro del cilindro, inietta nella camera di combustione una certa quantità di combustibile che, al raggiungimento della posizione di punto morto superiore, si incendia per effetto della pressione cui è sottoposta, generando gas caldi in rapida espansione che spingono i pistoni nuovamente verso la posizione di punto morto inferiore da dove il ciclo si ripete. During this compression phase, an injector, located substantially in the center of the cylinder, injects a certain amount of fuel into the combustion chamber which, upon reaching the top dead center position, ignites due to the pressure to which it is subjected, generating hot gases. rapidly expanding which push the pistons back to the bottom dead center position from where the cycle repeats.

Questa tipologia di motori a due tempi Diesel, la cui architettura generale è nota da decenni, hanno il vantaggio di avere una elevata efficienza termodinamica, giacché la presenza di due pistoni contrapposti, e quindi l’assenza di una testa del cilindro, fa sì che il calore generato dalla combustione possa disperdersi solo attraverso la superficie laterale del cilindro, riducendo le perdite e quindi garantendo che la maggior parte del calore generato venga efficacemente convertita in lavoro meccanico dei pistoni. This type of two-stroke diesel engines, whose general architecture has been known for decades, have the advantage of having a high thermodynamic efficiency, since the presence of two opposing pistons, and therefore the absence of a cylinder head, means that the heat generated by combustion can only be dispersed through the side surface of the cylinder, reducing losses and thus ensuring that most of the heat generated is effectively converted into mechanical work by the pistons.

Per contro, oltre ad alcuni inconvenienti legati agli ingombri e alla relativa complicazione degli organi di trasmissione necessari per collegare i due manovellismi di spinta ad un unico albero motore, questi motori hanno di norma l’inconveniente che la posizione dell’iniettore al centro e sulla superficie laterale del cilindro non permette di iniettare il combustibile in modo da ottenere una combustione ottimale, il che si traduce in un aumento dei consumi e sovente anche delle emissioni nocive. On the other hand, in addition to some drawbacks related to the overall dimensions and the relative complication of the transmission components necessary to connect the two thrust crank mechanisms to a single crankshaft, these motors usually have the drawback that the position of the injector in the center and on the lateral surface of the cylinder does not allow fuel to be injected in order to obtain optimal combustion, which results in an increase in consumption and often also in harmful emissions.

Esposizione dell’invenzione Presentation of the invention

Alla luce di quanto sopra esposto, uno scopo della presente invenzione è quello di rendere disponibile un motore a due tempi Diesel e a cilindri contrapposti che permetta di ottenere una migliore efficienza di combustione rispetto alla tecnica nota. In light of the foregoing, an object of the present invention is to make available a two-stroke diesel engine with opposed cylinders which allows to obtain a better combustion efficiency with respect to the known art.

Ulteriore scopo è quello di raggiungere il menzionato obiettivo nell’ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo relativamente contenuto. A further purpose is to achieve the aforementioned objective within the context of a simple, rational and relatively low cost solution.

Tali ed altri scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell’invenzione riportate nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione. These and other purposes are achieved by the characteristics of the invention reported in independent claim 1. The dependent claims outline preferred and / or particularly advantageous aspects of the invention.

In particolare, una forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile un motore due tempi Diesel e a pistoni contrapposti, comprendente come di consueto: In particular, an embodiment of the present invention makes available a two-stroke diesel engine with opposed pistons, comprising as usual:

- un cilindro avente una superficie laterale interna che si estende attorno ad un prefissato asse centrale, - a cylinder having an internal lateral surface which extends around a predetermined central axis,

- due pistoni, reciprocamente contrapposti ed entrambi scorrevolmente ricevuti all’interno di detto cilindro, per definire con la superficie laterale interna una camera di combustione a volume variabile, - two pistons, mutually opposed and both slidingly received inside said cylinder, to define a variable volume combustion chamber with the internal side surface,

- almeno un condotto di aspirazione estendentesi secondo un prefissato asse longitudinale ed afferente all’interno del cilindro attraverso una luce di aspirazione ricavata sulla superficie laterale interna, - at least one intake duct extending along a predetermined longitudinal axis and afferent inside the cylinder through an intake port obtained on the internal side surface,

- almeno un condotto di scarico efferente dall’interno del cilindro attraverso una luce di scarico ricavata sulla superficie laterale interna, ed - at least one efferent exhaust duct from inside the cylinder through an exhaust port obtained on the internal side surface, and

- un iniettore di combustibile associato al cilindro e atto ad iniettare un getto di combustibile, tipicamente un getto di combustibile nebulizzato o spray, all’interno della camera di combustione secondo un prefissato asse di iniezione. - a fuel injector associated with the cylinder and able to inject a jet of fuel, typically a jet of atomized or sprayed fuel, inside the combustion chamber according to a predetermined injection axis.

A differenza della tecnica nota convenzionale, la presente invenzione prevede inoltre che: Unlike the conventional known art, the present invention further provides that:

- la proiezione dell’asse longitudinale del condotto di aspirazione, effettuata su un piano di riferimento ortogonale all’asse centrale del cilindro e passante per un punto di intersezione tra l’asse longitudinale del condotto di aspirazione e la superficie laterale interna del cilindro, sia inclinata rispetto ad un piano diametrale contenente l’asse centrale del cilindro e detto punto di intersezione; - the projection of the longitudinal axis of the intake duct, carried out on a reference plane orthogonal to the central axis of the cylinder and passing through a point of intersection between the longitudinal axis of the intake duct and the internal lateral surface of the cylinder, both inclined with respect to a diametrical plane containing the central axis of the cylinder and said point of intersection;

- la proiezione dell’asse di iniezione, effettuata su un piano di riferimento ortogonale all’asse centrale del cilindro e passante per un punto di intersezione tra l’asse di iniezione e la superficie laterale interna del cilindro, sia inclinata rispetto ad un piano diametrale contenente l’asse centrale del cilindro e detto punto di intersezione; e che - the projection of the injection axis, carried out on a reference plane orthogonal to the central axis of the cylinder and passing through an intersection point between the injection axis and the internal lateral surface of the cylinder, is inclined with respect to a diametrical plane containing the central axis of the cylinder and said point of intersection; is that

- dette proiezioni dell’asse longitudinale del condotto di aspirazione e dell’asse di iniezione siano inclinate, rispetto ai rispettivi piani diametrali, in modo concorde. - said projections of the longitudinal axis of the intake duct and of the injection axis are inclined, with respect to their respective diametrical planes, in a concordant manner.

Grazie all’inclinazione del condotto di aspirazione è infatti possibile conferire all’aria entrante nella camera di combustione un movimento di swirl, ossia un movimento vorticoso con asse sostanzialmente coincidente con l’asse del cilindro. Thanks to the inclination of the intake duct it is in fact possible to give the air entering the combustion chamber a swirl movement, i.e. a swirling movement with an axis substantially coinciding with the axis of the cylinder.

Contestualmente, grazie all’inclinazione concorde dell’asse di iniezione, il combustibile viene iniettato nel suddetto vortice d’aria sostanzialmente in equicorrente e viene pertanto trascinato e diffuso rapidamente in tutta la camera di combustione. At the same time, thanks to the concordant inclination of the injection axis, the fuel is injected into the aforementioned air vortex substantially in co-current and is therefore dragged and spread rapidly throughout the combustion chamber.

La combinazione di questi due effetti causa una uniforme e rapida miscelazione del combustibile nella maggior parte dell’aria disponibile all’interno del cilindro, permettendo un’efficace e completa combustione sostanzialmente di tutto il combustibile iniettato. The combination of these two effects causes a uniform and rapid mixing of the fuel in most of the air available inside the cylinder, allowing an effective and complete combustion of substantially all the fuel injected.

In questo modo, è vantaggiosamente possibile far lavorare il motore con rapporti aria/combustibile relativamente bassi, ottenendo elevate potenze specifiche con bassi consumi e senza produrre rilevanti quantità di sostanze inquinanti, specialmente in termini di particolato. In this way, it is advantageously possible to make the engine work with relatively low air / fuel ratios, obtaining high specific powers with low consumption and without producing significant quantities of polluting substances, especially in terms of particulate matter.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l’angolo formato dalla suddetta proiezione dell’asse longitudinale del condotto di aspirazione e dal corrispondente piano diametrale può essere compreso tra 10° e 20°. According to one aspect of the invention, the angle formed by the aforementioned projection of the longitudinal axis of the suction duct and the corresponding diametrical plane can be between 10 ° and 20 °.

Questo valore angolare si è dimostrato particolarmente efficace per generare il moto vorticoso dell’aria all’interno del cilindro. This angular value has proved particularly effective in generating the swirling motion of the air inside the cylinder.

Secondo un altro aspetto dell’invenzione, l’asse longitudinale del condotto di aspirazione può giacere nel corrispondente piano di riferimento o può essere inclinato rispetto a quest’ultimo di un angolo inferiore a 20°. According to another aspect of the invention, the longitudinal axis of the intake duct can lie in the corresponding reference plane or can be inclined with respect to the latter by an angle of less than 20 °.

Grazie a questa soluzione si assicura che il moto vorticoso impresso all’aria entrante non abbia una eccessiva componente di velocità nella direzione dell’asse del cilindro, la quale si è dimostrata essere inessenziale al fine di ottenere una ottimale combustione nel cilindro. Thanks to this solution, it is ensured that the swirling motion imparted to the incoming air does not have an excessive speed component in the direction of the cylinder axis, which has proved to be inessential in order to obtain optimal combustion in the cylinder.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione prevede che il condotto di aspirazione possa essere collegato ad un compressore, di tipo volumetrico o rotativo, il quale è atto ad alimentare aria all’interno del cilindro ad un pressione che può essere tale da ottenere nel cilindro un coefficiente di swirl uguale o superiore a 3. A further aspect of the invention provides that the intake duct can be connected to a compressor, of the volumetric or rotary type, which is able to feed air into the cylinder at a pressure that can be such as to obtain a coefficient in the cylinder of swirl equal to or greater than 3.

Il coefficiente di swirl, noto anche come swirl ratio, è definito dal rapporto tra la velocità angolare equivalente del vortice d’aria generato (rispetto all’asse centrale del cilindro) e la velocità angolare del motore. The swirl coefficient, also known as swirl ratio, is defined by the ratio between the equivalent angular velocity of the generated air vortex (with respect to the central axis of the cylinder) and the angular velocity of the engine.

Grazie al summenzionato valore del coefficiente di swirl è vantaggiosamente possibile garantire che il vortice d’aria all’interno della camera di combustione abbia una velocità angolare sufficientemente elevata da garantire una ottima diffusione del combustibile, nonostante il poco tempo disponibile tra l’istante di iniezione e l’istante di inizio combustione. Thanks to the aforementioned value of the swirl coefficient it is advantageously possible to ensure that the air vortex inside the combustion chamber has a sufficiently high angular velocity to guarantee an excellent diffusion of the fuel, despite the short time available between the instant of injection. and the instant of combustion start.

Secondo una preferita forma di attuazione dell’invenzione, il motore può comprendere una pluralità dei suddetti condotti di aspirazione, ognuno dei quali afferisce all’interno del cilindro attraverso una rispettiva luce di aspirazione, estendendosi secondo un rispettivo asse longitudinale la cui la proiezione, effettuata su un rispettivo piano di riferimento ortogonale all’asse centrale del cilindro e passante per il punto di intersezione tra l’asse longitudinale di detto condotto di aspirazione e la superficie laterale interna del cilindro, è inclinata rispetto ad un rispettivo piano diametrale contenente l’asse centrale del cilindro e detto punto di intersezione. According to a preferred embodiment of the invention, the engine can comprise a plurality of the aforementioned intake ducts, each of which reaches the inside of the cylinder through a respective intake port, extending along a respective longitudinal axis whose projection, carried out on a respective reference plane orthogonal to the central axis of the cylinder and passing through the point of intersection between the longitudinal axis of said intake duct and the internal lateral surface of the cylinder, is inclined with respect to a respective diametrical plane containing the axis center of the cylinder and said point of intersection.

Ad esempio, il motore può comprendere almeno quattro di detti condotti di aspirazione, i quali possono essere collegati ad uno stesso compressore, ad esempio attraverso un collettore di aspirazione comune. For example, the engine can comprise at least four of said intake ducts, which can be connected to the same compressor, for example through a common intake manifold.

In questo contesto, è preferibile che le proiezioni degli assi longitudinali di tutti i summenzionati condotti di aspirazione siano inclinate, rispetto ai rispettivi piani diametrali e/o rispetto ai rispettivi piani di riferimento, in modo concorde tra loro e preferibilmente dello stesso angolo. In this context, it is preferable that the projections of the longitudinal axes of all the aforementioned intake ducts are inclined, with respect to the respective diametrical planes and / or with respect to the respective reference planes, in a way that is concordant with each other and preferably at the same angle.

Inoltre, è preferibile che i punti di intersezione tra la superficie laterale interna del cilindro e gli assi longitudinali di tutti questi condotti di aspirazione giacciano complanari in un piano ortogonale all’asse centrale del cilindro e, preferibilmente, che tutti questi punti di intersezione siano disposti in posizioni differenti attorno all’asse centrale del cilindro, ad esempio angolarmente equidistanti l’uno dall’altro. Furthermore, it is preferable that the points of intersection between the internal lateral surface of the cylinder and the longitudinal axes of all these intake ducts lie coplanar in a plane orthogonal to the central axis of the cylinder and, preferably, that all these intersection points are arranged in different positions around the central axis of the cylinder, for example angularly equidistant from each other.

In questo modo è infatti vantaggiosamente possibile incrementare la vorticosità del flusso d’aria in ingresso alla camera di combustione. In this way it is in fact advantageously possible to increase the swirling of the air flow entering the combustion chamber.

Passando all’iniettore, un aspetto della presente invenzione prevede che l’angolo formato dalla proiezione dell’asse di iniezione e dal corrispondente piano diametrale possa essere sostanzialmente uguale all’angolo formato dalla proiezione dell’asse longitudinale del condotto di aspirazione e dal corrispondente piano diametrale. Turning to the injector, an aspect of the present invention provides that the angle formed by the projection of the injection axis and by the corresponding diametrical plane can be substantially equal to the angle formed by the projection of the longitudinal axis of the intake duct and by the corresponding plane diametrical.

In questo modo, l’iniezione di combustibile avviene perfettamente in equi-corrente al vortice d’aria o quasi, migliorandone il trascinamento e quindi la diffusione nella camera di combustione. In this way, the fuel injection takes place perfectly in equilibrium with the air vortex or almost, improving its entrainment and therefore its diffusion in the combustion chamber.

Un ulteriore aspetto dell’invenzione prevede quindi che l’angolo formato dalla suddetta proiezione dell’asse di iniezione e dal corrispondente piano diametrale possa essere compreso tra 10° e 20°. A further aspect of the invention therefore provides that the angle formed by the aforementioned projection of the injection axis and the corresponding diametrical plane can be between 10 ° and 20 °.

Questo valore angolare si è dimostrato particolarmente efficace per miscelare uniformemente il combustibile nell’aria che si muove con moto vorticoso nel cilindro. This angular value has proved particularly effective for uniformly mixing the fuel in the air that moves with a swirling motion in the cylinder.

Un altro aspetto dell’invenzione prevede che l’asse di iniezione possa giacere nel corrispondente piano di riferimento o possa essere inclinato rispetto a quest’ultimo di un angolo inferiore a 10°. Another aspect of the invention provides that the injection axis can lie in the corresponding reference plane or can be inclined with respect to the latter by an angle of less than 10 °.

In questo modo, l’iniezione del combustibile si sviluppa sostanzialmente in un piano trasversale rispetto all’asse centrale del cilindro, mescolandosi ottimamente nel vortice d’aria. In this way, the fuel injection develops substantially in a transverse plane with respect to the central axis of the cylinder, mixing optimally in the air vortex.

Secondo un aspetto dell’invenzione, il getto di combustibile generato dall’iniettore può essere a forma di cono avente asse coincidente con l’asse di iniezione ed allargantesi verso l’interno del cilindro ed in allontanamento dall’iniettore. According to one aspect of the invention, the jet of fuel generated by the injector can be cone-shaped having an axis coinciding with the injection axis and widening towards the inside of the cylinder and away from the injector.

In questo modo è possibile ottenere una migliore diffusione del combustibile nel cilindro. In this way it is possible to obtain a better diffusion of the fuel in the cylinder.

Ad esempio, detto getto di combustibile può avere un angolo di cono compreso tra 30° e 40°. For example, said fuel jet can have a cone angle between 30 ° and 40 °.

Un altro aspetto dell’invenzione prevede che l’iniettore possa essere collegato ad un dispositivo di pompaggio atto ad alimentare combustibile ad una pressione massima uguale o superiore a 100 MPa. Another aspect of the invention provides that the injector can be connected to a pumping device designed to feed fuel at a maximum pressure equal to or greater than 100 MPa.

In questo modo è vantaggiosamente possibile ottenere una elevata diffusione e penetrazione del getto di combustibile all’interno della camera di combustione. Secondo un diverso aspetto dell’invenzione, ciascun pistone può comprendere un cielo, ossia una superficie che delimita la camera di combustione, di forma piana o tuttalpiù con una cavità rivolta verso l’altro pistone. In this way it is advantageously possible to obtain a high diffusion and penetration of the fuel jet inside the combustion chamber. According to a different aspect of the invention, each piston can comprise a top, that is a surface that delimits the combustion chamber, of a flat shape or at most with a cavity facing the other piston.

Grazie a questa soluzione i pistoni risultano vantaggiosamente più semplici ed economici da realizzare. Inoltre, questa soluzione permette vantaggiosamente di ridurre la superficie di scambio termico tra i pistoni e la camera di combustione, riducendo le dissipazioni di calore e quindi aumentando l’efficienza termica del motore. Thanks to this solution, the pistons are advantageously simpler and cheaper to manufacture. Furthermore, this solution advantageously allows to reduce the heat exchange surface between the pistons and the combustion chamber, reducing heat dissipation and therefore increasing the thermal efficiency of the engine.

Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate. Further features and advantages of the invention will become evident from reading the following description provided by way of non-limiting example, with the aid of the figures illustrated in the attached tables.

La figura 1 è una sezione longitudinale schematica di un motore due tempi Diesel e a pistoni contrapposti secondo una forma di realizzazione della presente invenzione e mostrato con i pistoni al punto morto inferiore. Figure 1 is a schematic longitudinal section of a two-stroke Diesel and opposed piston engine according to an embodiment of the present invention and shown with the pistons at bottom dead center.

La figura 2 è la sezione di figura 1 mostrata con i pistoni in una posizione intermedia tra quella di punto morto inferiore e quella di punto morto superiore. Figure 2 is the section of Figure 1 shown with the pistons in an intermediate position between that of lower dead center and that of upper dead center.

La figura 3 è la sezione di figura 1 mostrata con i pistoni in posizione di punto morto superiore. Figure 3 is the section of Figure 1 shown with the pistons in the top dead center position.

La figura 4 è una vista prospettiva semplificata del cilindro e del sistema di aspirazione e di scarico del motore di figura 1. Figure 4 is a simplified perspective view of the cylinder and the intake and exhaust system of the engine of Figure 1.

La figura 5 è la sezione V-V indicata in figura 1 e mostrata in scala ingrandita. La figura 6 è la sezione VI-VI indicata in figura 1 e mostrata in scala ingrandita. Figure 5 is the V-V section indicated in Figure 1 and shown on an enlarged scale. Figure 6 is the section VI-VI indicated in Figure 1 and shown on an enlarged scale.

Descrizione dettagliata Detailed description

Un motore a due tempi Diesel conforme alla presente invenzione, come quello indicato globalmente con 100 nelle menzionate figure, comprende un cilindro 105 che possiede una superficie laterale interna 110 estendentesi attorno ad un prefissato asse centrale X e che è aperto in corrispondenza di entrambe le proprie estremità assiali. A two-stroke Diesel engine according to the present invention, such as that indicated globally with 100 in the aforementioned figures, comprises a cylinder 105 which has an internal lateral surface 110 extending around a predetermined central axis X and which is open at both its sides. axial ends.

Il motore 100 comprende inoltre una coppia di pistoni reciprocamente contrapposti, di cui un primo pistone 115 ed un secondo pistone 120, i quali sono entrambi scorrevolmente inseriti all’interno dell’unico cilindro 105, in modo da poter scorrere avanti e indietro lungo la direzione dell’asse centrale X ed in modo da cooperare tra loro e con la superficie laterale interna 110 del cilindro 105, per definire una camera di combustione 125 a volume variabile. The engine 100 also comprises a pair of mutually opposed pistons, of which a first piston 115 and a second piston 120, both of which are slidably inserted inside the single cylinder 105, so as to be able to slide back and forth along the direction of the central axis X and so as to cooperate with each other and with the internal lateral surface 110 of the cylinder 105, to define a combustion chamber 125 with variable volume.

In particolare, ciascun pistone 115 e 120 può comprendere un cielo 130 (v. fig.2), ossia una superficie rivolta verso il pistone contrapposto, ed un mantello 135 (v. fig.1), avente sezione trasversale complementare alla sezione trasversale del cilindro 105, che si affaccia alla superficie laterale interna 110. In particular, each piston 115 and 120 can comprise a crown 130 (see fig. 2), i.e. a surface facing the opposite piston, and a skirt 135 (see fig. 1), having a cross section complementary to the cross section of the cylinder 105, which faces the internal side surface 110.

La camera di combustione 125 è delimitata tra il cielo 130 del primo pistone 115, il cielo 130 del secondo pistone 120 e la superficie laterale interna 110 del cilindro 105. The combustion chamber 125 is delimited between the crown 130 of the first piston 115, the crown 130 of the second piston 120 and the internal lateral surface 110 of the cylinder 105.

Preferibilmente, il cielo 130 di ciascun pistone 115 e 120 è una superficie perfettamente piana o con una cavità rivolta verso l’altro pistone. Preferably, the crown 130 of each piston 115 and 120 is a perfectly flat surface or with a cavity facing the other piston.

Dalla parte opposta rispetto alla camera di combustione 125, ciascun pistone 115 e 120 è associato ad un rispettivo manovellismo di spinta, illustrato solo schematicamente ed indicato rispettivamente con 140 e 145, il quale è atto a trasformare il movimento lineare del rispettivo pistone 115 o 120 in un movimento rotativo di un albero, rispettivamente 150 e 155. On the opposite side with respect to the combustion chamber 125, each piston 115 and 120 is associated with a respective thrust crank mechanism, illustrated only schematically and indicated respectively with 140 and 145, which is adapted to transform the linear movement of the respective piston 115 or 120 in a rotary movement of a shaft, 150 and 155 respectively.

Gli alberi 150 e 155 possono essere meccanicamente collegati per azionare un unico albero motore (non illustrato), ad esempio attraverso opportuni organi di trasmissione di per sé estranei alla presente trattazione. The shafts 150 and 155 can be mechanically connected to drive a single drive shaft (not shown), for example by means of suitable transmission members which are per se unrelated to the present description.

I manovellismi di spinta 140 e 145 sono generalmente configurati affinché ciascun pistone 115 e 120 sia ciclicamente atto a compiere una corsa di avanzamento, durante la quale esso si avvicina al pistone contrapposto, riducendo progressivamente il volume della camera di combustione 125, seguita da una successiva corsa di arretramento, durante la quale il pistone si allontana dal pistone contrapposto, aumentando progressivamente il volume della camera di combustione 125. The thrust cranks 140 and 145 are generally configured so that each piston 115 and 120 is cyclically able to make a forward stroke, during which it approaches the opposing piston, progressively reducing the volume of the combustion chamber 125, followed by a subsequent one. retraction stroke, during which the piston moves away from the opposite piston, progressively increasing the volume of the combustion chamber 125.

In particolare, la corsa di arretramento di ciascun pistone 115 e 120 termina quando il cielo 130 di detto pistone raggiunge una corrispondente posizione di punto morto inferiore, mostrata in figura 1 ed indicata in figura 2 rispettivamente con A1 per il primo pistone 115 e con B1 per il secondo pistone 120, mentre la corsa di avanzamento termina quando il cielo 130 di detto pistone raggiunge una corrispondente posizione di punto morto superiore, mostrata in figura 3 ed indicata in figura 2 rispettivamente con A2 per il primo pistone 115 e con B2 per il secondo pistone 120. In particular, the retraction stroke of each piston 115 and 120 ends when the crown 130 of said piston reaches a corresponding lower dead center position, shown in figure 1 and indicated in figure 2 respectively with A1 for the first piston 115 and with B1 for the second piston 120, while the advance stroke ends when the crown 130 of said piston reaches a corresponding top dead center position, shown in figure 3 and indicated in figure 2 respectively with A2 for the first piston 115 and with B2 for the second piston 120.

A seconda delle forme di attuazione, i due pistoni 115 e 120 possono raggiungere le rispettive posizioni di punto morto superiore A2 e B2 simultaneamente oppure con un leggero sfasamento angolare reciproco rispetto alla posizione angolare dell’albero motore. Depending on the embodiments, the two pistons 115 and 120 can reach the respective top dead center positions A2 and B2 simultaneously or with a slight mutual angular offset with respect to the angular position of the crankshaft.

In ogni caso, è preferibile che le posizioni di punto morto superiore A2 e B2 dei due pistoni 115 e 120 siano separate e distanziate lungo l’asse centrale X del cilindro 105, in modo tale che almeno una limitata fascia anulare della superficie laterale interna 110, compresa tra queste due posizioni di punto morto superiore A2 e B2, ed indicata complessivamente con 160 in figura 3, non venga mai coperta né dal mantello 135 del primo pistone 115 né dal mantello 135 del secondo pistone 120. In any case, it is preferable that the top dead center positions A2 and B2 of the two pistons 115 and 120 are separated and spaced along the central axis X of the cylinder 105, so that at least a limited annular band of the internal lateral surface 110 , comprised between these two top dead center positions A2 and B2, and indicated as a whole with 160 in Figure 3, is never covered either by the skirt 135 of the first piston 115 or by the skirt 135 of the second piston 120.

Come illustrato in figura 1, sulla superficie laterale interna 110 del cilindro 105, ad esempio nel tratto compreso tra il punto morto inferiore A1 ed il punto morto superiore A2 del primo pistone 115, preferibilmente in posizione prossimale al punto morto inferiore A1, è presente una pluralità di luci di aspirazione 165 (anche dette di lavaggio). A plurality of suction ports 165 (also known as washing).

Le luci di aspirazione 165 possono essere in numero di quattro o maggiore e possono avere tutte la stessa forma e dimensioni, nell’esempio illustrato una forma rettangolare. The suction ports 165 can be four or more in number and can all have the same shape and size, in the example shown a rectangular shape.

A ciascuna luce di aspirazione 165 fa capo un rispettivo condotto di aspirazione 170, il quale è generalmente atto a convogliare aria comburente all’interno del cilindro 105 attraverso la corrispondente luce di aspirazione 165. Each intake port 165 leads to a respective intake duct 170, which is generally adapted to convey combustion air inside the cylinder 105 through the corresponding intake port 165.

Come illustrato in figura 5, ciascun condotto di aspirazione 170, almeno in corrispondenza del suo tratto terminale, ossia quello direttamente adiacente alla corrispondente luce di aspirazione 165 o, per meglio dire, la cui estremità assiale coincide con detta luce di aspirazione 165, si sviluppa secondo un rispettivo asse longitudinale Y che interseca la superficie laterale interna 110 del cilindro 105 in un rispettivo punto di intersezione K. As shown in Figure 5, each intake duct 170, at least in correspondence with its terminal portion, i.e. the one directly adjacent to the corresponding intake port 165 or, better said, the axial end of which coincides with said intake port 165, develops according to a respective longitudinal axis Y which intersects the internal lateral surface 110 of the cylinder 105 at a respective point of intersection K.

Il punto di intersezione K dell’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170 può ad esempio coincidere con il baricentro della corrispondente luce di aspirazione 165. The intersection point K of the longitudinal axis Y of each intake duct 170 can for example coincide with the center of gravity of the corresponding intake port 165.

I punti di intersezione K degli assi longitudinali Y di tutti i condotti di aspirazione 170 possono essere disposti in posizioni differenti attorno all’asse centrale X del cilindro 105, ad esempio angolarmente equidistanti l’uno dall’altro. Preferibilmente, tutti questi punti di intersezione K possono inoltre giacere complanari in un piano di riferimento Q ortogonale all’asse centrale X del cilindro 105 (v. figura 3) The intersection points K of the longitudinal axes Y of all the intake ducts 170 can be arranged in different positions around the central axis X of the cylinder 105, for example angularly equidistant from each other. Preferably, all these points of intersection K can also lie coplanar in a reference plane Q orthogonal to the central axis X of the cylinder 105 (see Figure 3)

L’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170 potrebbe anch’esso giacere in detto piano di riferimento Q, in modo tale che la velocità dell’aria comburente entrante nel cilindro 105 non presenti sostanzialmente alcuna componente parallela all’asse centrale X del cilindro 105 ma solamente componenti ad esso ortogonali. The longitudinal axis Y of each intake duct 170 could also lie in said reference plane Q, in such a way that the speed of the combustion air entering the cylinder 105 substantially has no component parallel to the central axis X of the cylinder. 105 but only components orthogonal to it.

Ciononostante, conformemente alla forma di attuazione illustrata in figura 3, è altresì possibile che l’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170 sia almeno leggermente inclinato rispetto al suddetto piano di riferimento Q, preferibilmente verso il secondo pistone 120. Nevertheless, in accordance with the embodiment illustrated in Figure 3, it is also possible that the longitudinal axis Y of each intake duct 170 is at least slightly inclined with respect to the aforementioned reference plane Q, preferably towards the second piston 120.

Ad esempio, l’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170 può formare con il piano di riferimento Q un angolo di inclinazione , il quale può essere inferiore a 20° sessagesimali, preferibilmente compreso tra 10° e 20° sessagesimali, e può essere uguale all’angolo di inclinazione degli assi longitudinali Y di tutti gli altri condotti di aspirazione 170. For example, the longitudinal axis Y of each suction duct 170 can form an inclination angle with the reference plane Q, which can be less than 20 ° sexagesimal, preferably between 10 ° and 20 ° sexagesimal, and can be equal to the angle of inclination of the longitudinal axes Y of all the other intake ducts 170.

A prescindere da ciò, un altro aspetto del trovato prevede che gli assi longitudinali Y dei condotti di aspirazione 170 non intersechino l’asse centrale X del cilindro 105 ma siano inclinati in modo da imprimere all’aria comburente un movimento vorticoso o swirl (v. fig.5). Regardless of this, another aspect of the invention provides that the longitudinal axes Y of the intake ducts 170 do not intersect the central axis X of the cylinder 105 but are inclined so as to impart a whirling or swirl movement to the combustion air (see fig. 5).

In particolare, è previsto che la proiezione dell’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170, effettuata ad esempio sul piano di riferimento Q, sia inclinata rispetto ad un piano diametrale D contenente sia l’asse centrale X del cilindro 105 sia il corrispondente punto di intersezione K con la superficie laterale interna del cilindro 105. In particular, it is envisaged that the projection of the longitudinal axis Y of each intake duct 170, carried out for example on the reference plane Q, is inclined with respect to a diametrical plane D containing both the central axis X of the cylinder 105 and the corresponding point of intersection K with the internal lateral surface of the cylinder 105.

Ad esempio, l’angolo minore formato dalla suddetta proiezione dell’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170 e dal corrispondente piano diametrale D può essere compreso tra 10° e 20° sessagesimali, preferibilmente uguale a circa 15° sessagesimali. For example, the minor angle formed by the aforementioned projection of the longitudinal axis Y of each intake duct 170 and the corresponding diametrical plane D can be between 10 ° and 20 ° sexagesimal, preferably equal to about 15 ° sexagesimal.

In particolare, è preferibile che le proiezioni degli assi longitudinali Y di tutti i condotti di aspirazione 170 siano inclinate, rispetto ai rispettivi piani diametrali D, in modo concorde tra loro e preferibilmente dello stesso angolo, ossia che possano essere inclinate in modo che tutti gli angoli siano tutti destrorsi o sinistrorsi e preferibilmente che abbiano tutti lo stesso valore. In particular, it is preferable that the projections of the longitudinal axes Y of all the intake ducts 170 are inclined, with respect to the respective diametrical planes D, in a way that is concordant with each other and preferably at the same angle, i.e. that they can be inclined so that all the corners are all right or left and preferably all have the same value.

Il motore 100 può inoltre comprendere un unico collettore di aspirazione 175, il quale è collegato a tutte le luci di aspirazione 165 attraverso i rispettivi i condotti di aspirazione 170. The engine 100 can also comprise a single intake manifold 175, which is connected to all the intake ports 165 through the respective intake ducts 170.

Ad esempio, il collettore di aspirazione 175 può avere una forma anulare che circonda coassialmente la base del cilindro 105, ed i condotti di aspirazione 170 possono individualmente comprendere un rispettivo tratto iniziale che, sviluppandosi parallelamente all’asse centrale X del cilindro 105, si deriva e sporge dal collettore di aspirazione 175 per collegarsi e raccordarsi al tratto terminale descritto in precedenza. For example, the intake manifold 175 can have an annular shape that coaxially surrounds the base of the cylinder 105, and the intake ducts 170 can individually comprise a respective initial section which, developing parallel to the central axis X of the cylinder 105, derives and protrudes from the intake manifold 175 to connect and join the terminal section described above.

Il collettore di aspirazione 175 può ricevere l’aria comburente da una linea di aspirazione (non illustrata) che può comprendere un compressore, ad esempio un compressore volumetrico o rotativo, che può essere meccanicamente collegato e trascinato direttamente dall’albero motore, ed eventualmente un intercooler interposto tra il compressore ed il collettore di aspirazione 175 per abbassare la temperatura dell’aria. The intake manifold 175 can receive the combustion air from a suction line (not shown) which can comprise a compressor, for example a volumetric or rotary compressor, which can be mechanically connected and driven directly by the crankshaft, and possibly a intercooler interposed between the compressor and the intake manifold 175 to lower the air temperature.

In ogni caso è preferibile che il compressore sia atto ad alimentare aria ad una pressione che, unitamente alla geometria dei condotti di aspirazione 170, sia in grado di garantire all’interno del cilindro 105 un coefficiente di swirl uguale o superiore a 3. In any case, it is preferable that the compressor is suitable for supplying air at a pressure which, together with the geometry of the intake ducts 170, is able to guarantee a swirl coefficient equal to or greater than 3 inside the cylinder 105.

Come illustrato in figura 1, il cilindro 105 comprende inoltre una pluralità di luci di scarico 180, le quali sono realizzate sulla superficie laterale interna 110, ad esempio nel tratto compreso tra il punto morto superiore B2 ed il punto morto inferiore B1 del secondo pistone 120, preferibilmente in posizione prossimale al punto morto inferiore B1. As illustrated in Figure 1, the cylinder 105 also comprises a plurality of exhaust ports 180, which are made on the internal lateral surface 110, for example in the section between the top dead center B2 and the bottom dead center B1 of the second piston 120 , preferably proximal to the bottom dead center B1.

Le luci di scarico 180 possono essere in numero di quattro o maggiore e possono avere tutte la stessa forma e dimensioni, nell’esempio illustrato una forma rettangolare. The exhaust ports 180 can be four or more in number and can all have the same shape and size, in the example shown a rectangular shape.

Le luci di scarico 180 sono preferibilmente disposte nella medesima posizione assiale lungo l’asse centrale X del cilindro 105 ma in differenti posizioni angolari, ad esempio angolarmente equidistanti tra loro. The exhaust ports 180 are preferably arranged in the same axial position along the central axis X of the cylinder 105 but in different angular positions, for example angularly equidistant from each other.

A ciascuna luce di scarico 180 fa capo un rispettivo condotto di scarico 185, il quale è generalmente atto a convogliare verso l’esterno i gas di combustione generati all’interno del cilindro 105. Each exhaust port 180 leads to a respective exhaust duct 185, which is generally adapted to convey towards the outside the combustion gases generated inside the cylinder 105.

In particolare, secondo una forma di realizzazione dell’invenzione, tutti i condotti di scarico 185 possono collegare le rispettive luci di scarico 180 ad un unico collettore di scarico 190. In particular, according to an embodiment of the invention, all the exhaust ducts 185 can connect the respective exhaust ports 180 to a single exhaust manifold 190.

Ad esempio, il collettore di scarico 190 può avere una forma anulare che circonda coassialmente l’estremità del cilindro 105 mentre i condotti di scarico 185 possono svilupparsi radialmente all’asse centrale X del cilindro 105. For example, the exhaust manifold 190 can have an annular shape that coaxially surrounds the end of the cylinder 105 while the exhaust ducts 185 can develop radially to the central axis X of the cylinder 105.

Il collettore di scarico 190 può convogliare i gas di combustione verso l’esterno attraverso una linea di scarico (non illustrata), la quale può comprendere uno o più dispositivi atti a trattenere il particolato e/o altri inquinanti o a trasformarli in sostanze innocue. The exhaust manifold 190 can convey the combustion gases to the outside through an exhaust line (not shown), which may include one or more devices capable of retaining particulate matter and / or other pollutants or transforming them into harmless substances.

Il motore 100 comprende inoltre un iniettore 195 di combustibile, nella fattispecie di gasolio, il quale è associato al cilindro 105 in modo tale da essere atto ad iniettare all’interno della camera di combustione 125 un getto di combustibile, tipicamente un getto di combustibile nebulizzato o spray. The engine 100 also comprises a fuel injector 195, in this case diesel, which is associated with the cylinder 105 in such a way as to be able to inject a jet of fuel into the combustion chamber 125, typically a jet of atomized fuel. or spray.

L’iniettore 195 può ricevere il combustibile da un dispositivo di pompaggio (non illustrato), il quale può essere collegato ed azionato direttamente dall’albero motore e può consentire di regolare la pressione di iniezione in funzione delle condizioni operative, preferibilmente con valori massimi di almeno 100 MPa. The injector 195 can receive the fuel from a pumping device (not shown), which can be connected and operated directly by the crankshaft and can allow the injection pressure to be adjusted according to the operating conditions, preferably with maximum values of at least 100 MPa.

Preferibilmente, l’iniettore 195 è posizionato in corrispondenza della fasc ia anulare 160 del cilindro 105 (v. fig.3), in modo tale da non essere mai coperto dal mantello 135 del primo pistone 115 o del secondo pistone 120. Preferably, the injector 195 is positioned at the annular band 160 of the cylinder 105 (see Fig. 3), so as to never be covered by the shell 135 of the first piston 115 or the second piston 120.

L’iniettore 195 può essere di tipo “pintle” (a pernetto), oppure multi-foro con almeno tre fori, in grado comunque di generare un getto di combustibile altamente penetrante. The injector 195 can be of the "pintle" type, or multi-hole with at least three holes, capable of generating a highly penetrating jet of fuel.

In particolare, come illustrato in figura 6, l’iniettore 195 può essere atto a generare un getto di combustibile che si sviluppa, all’interno del cilindro 105, secondo un prefissato asse di iniezione Z che interseca la superficie laterale interna 110 del cilindro 105 in un determinato punto di intersezione L. In particular, as illustrated in Figure 6, the injector 195 can be adapted to generate a jet of fuel which develops, inside the cylinder 105, according to a predetermined injection axis Z which intersects the internal lateral surface 110 of the cylinder 105. at a given point of intersection L.

Ad esempio, l’iniettore 195 può essere atto a generare un getto di combustibile a forma di cono avente asse coincidente con l’asse di iniezione Z ed allargantesi verso l’interno del cilindro 105. For example, the injector 195 can be adapted to generate a cone-shaped fuel jet having an axis coinciding with the injection axis Z and extending towards the inside of the cylinder 105.

L’angolo al vertice di questo getto di combustibile a forma di cono può essere compreso tra 30° e 40° sessagesimali. The angle at the vertex of this cone-shaped fuel jet can be between 30 ° and 40 ° sexagesimal.

Secondo un aspetto del trovato (v. fig.3), l’asse di iniezione Z dell’iniettore 195 può giacere in un piano di riferimento P ortogonale all’asse centrale X del cilindro 105 e passante per il punto di intersezione L con la superficie laterale interna del cilindro 105. According to one aspect of the invention (see Fig. 3), the injection axis Z of the injector 195 can lie in a reference plane P orthogonal to the central axis X of the cylinder 105 and passing through the point of intersection L with the internal side surface of the cylinder 105.

In questo modo, l’iniezione del combustibile si sviluppa sostanzialmente in un piano trasversale rispetto all’asse centrale X del cilindro 105. In this way, the fuel injection develops substantially in a transverse plane with respect to the central axis X of the cylinder 105.

In altre forme di attuazione, è tuttavia possibile che l’asse di iniezione Z sia almeno leggermente inclinato rispetto al suddetto piano di riferimento P, preferibilmente di un angolo inferiore a 10° sessagesimali. In other embodiments, however, it is possible that the injection axis Z is at least slightly inclined with respect to the aforementioned reference plane P, preferably by an angle of less than 10 ° sexagesimal.

A prescindere da ciò, come illustrato in figura 6, un aspetto del trovato prevede che la proiezione dell’asse di iniezione Z, effettuata sul un piano di riferimento P, sia inclinata rispetto ad un piano diametrale d contenente l’asse centrale X del cilindro 105 ed il punto di intersezione L. Regardless of this, as illustrated in Figure 6, an aspect of the invention provides that the projection of the injection axis Z, carried out on a reference plane P, is inclined with respect to a diametrical plane d containing the central axis X of the cylinder 105 and the intersection point L.

In particolare, è preferibile che la suddetta proiezione dell’asse di iniezione Z sia inclinata, rispetto al piano diametrale d, in modo concorde alle proiezioni degli assi longitudinali Y dei condotti di aspirazione 170. In particular, it is preferable that the aforementioned projection of the injection axis Z is inclined, with respect to the diametrical plane d, in a manner consistent with the projections of the longitudinal axes Y of the intake ducts 170.

In altre parole, è preferibile che l’angolo minore formato tra la proiezione dell’asse di iniezione Z ed il piano diametrale d abbia lo stesso segno dell’angolo formato dalla proiezione dell’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170 e dal corrispondente piano diametrale D, ossia che siano tutti destrorsi o tutti sinistrorsi rispetto all’asse centrale X del cilindro 105. In other words, it is preferable that the minor angle formed between the projection of the injection axis Z and the diametrical plane d has the same sign as the angle formed by the projection of the longitudinal axis Y of each intake duct 170 and the corresponding diametrical plane D, i.e. that they are all right-handed or all left-handed with respect to the central axis X of the cylinder 105.

In questo modo, il combustibile viene iniettato in equi-corrente rispetto al vortice d’aria generato dai condotti di aspirazione 170, da cui viene pertanto trascinato e diffuso rapidamente in tutta la camera di combustione, ottenendo una uniforme e rapida miscelazione del combustibile nella maggior parte dell’aria disponibile all’interno del cilindro 105. In this way, the fuel is injected in equilibrium with respect to the vortex of air generated by the intake ducts 170, from which it is therefore rapidly dragged and diffused throughout the combustion chamber, obtaining a uniform and rapid mixing of the fuel in the greater part part of the air available inside the cylinder 105.

Ad esempio, l’angolo formato tra la proiezione dell’asse di iniezione Z ed il piano diametrale d può essere uguale all’angolo formato dalla proiezione dell’asse longitudinale Y di ciascun condotto di aspirazione 170 e dal corrispondente piano diametrale D o, comunque, può essere compreso tra 10° e 20° sessagesimali, ad esempio uguale a 15° sessagesimali. For example, the angle formed between the projection of the injection axis Z and the diametrical plane d can be equal to the angle formed by the projection of the longitudinal axis Y of each intake duct 170 and the corresponding diametrical plane D o, in any case , can be between 10 ° and 20 ° sexagesimal, for example equal to 15 ° sexagesimal.

Durante il funzionamento del motore 100, quando i pistoni 115 e 120 si trovano in corrispondenza delle rispettive posizioni di punto morto inferiore A1 e B1, la camera di combustione 125 è in comunicazione sia con le luci di aspirazione 165 sia con le luci di scarico 180. During the operation of the engine 100, when the pistons 115 and 120 are in correspondence with the respective lower dead center positions A1 and B1, the combustion chamber 125 is in communication with both the intake ports 165 and the exhaust ports 180 .

In questo modo, l’aria comburente proveniente dalle luci di aspirazione 165 riempie la camera di combustione 125, spingendo contestualmente i gas di combustione generati durante il ciclo motore precedente ad uscire attraverso le luci di scarico 180. In this way, the combustion air coming from the intake ports 165 fills the combustion chamber 125, simultaneously pushing the combustion gases generated during the previous engine cycle to exit through the exhaust ports 180.

Grazie alla geometria dei condotti di aspirazione 170, all’aria comburente viene impresso un intenso movimento vorticoso all’interno del cilindro 105 che si sviluppa intorno all’asse centrale X. Thanks to the geometry of the intake ducts 170, an intense swirling movement is imparted to the combustion air inside the cylinder 105 which develops around the central X axis.

Successivamente, muovendosi verso le rispettive posizioni di punto morto superiore A2 e B2, i pistoni 115 e 120, dopo aver chiuso le luci di aspirazione 165 e di scarico 180, comprimono progressivamente l’aria fresca all’interno della camera di combustione 125. Subsequently, moving towards the respective top dead center positions A2 and B2, the pistons 115 and 120, after having closed the intake ports 165 and exhaust 180, progressively compress the fresh air inside the combustion chamber 125.

Durante questa fase, l’iniettore 195 inietta all’interno della camera di combustione il getto di combustibile che, grazie all’inclinazione dell’asse di iniezione Z, penetra in modo ottimale nel vortice d’aria e viene trascinato da quest’ultimo a diffondersi uniformemente nella camera di combustione 125. During this phase, the injector 195 injects into the combustion chamber the jet of fuel which, thanks to the inclination of the injection axis Z, penetrates optimally into the air vortex and is dragged by the latter to spread evenly in the combustion chamber 125.

Quando i pistoni 115 e 120 si trovano nelle vicinanze dei rispettivi punti morti superiori A2 e B2 il combustibile iniettato comincia ad incendiarsi per effetto della elevata pressione all’interno della camera di combustione 125, generando gas caldi in rapida espansione che spingono i pistoni 115 e 120 nuovamente verso le rispettive posizioni di punto morto inferiore A1 e B1. When the pistons 115 and 120 are in the vicinity of the respective top dead centers A2 and B2, the injected fuel begins to ignite due to the high pressure inside the combustion chamber 125, generating rapidly expanding hot gases which push the pistons 115 and 120 back to the respective lower dead center positions A1 and B1.

La combustione continua anche durante questa corsa di arretramento, interessando progressivamente la maggior parte del volume d’aria disponibile all’interno del cilindro 105. Combustion also continues during this retraction stroke, progressively affecting most of the volume of air available inside cylinder 105.

A questo proposito, simulazioni numeriche termo-fluidodinamiche effettuate con software CFD-3D, hanno evidenziato come il volume di d’aria interessato dalla combustione si estenda progressivamente a tutto il cilindro 105, e questo già prima che i pistoni 115 e 120 abbiano raggiunto la metà della loro corsa di arretramento. In this regard, thermo-fluid dynamics numerical simulations carried out with CFD-3D software, have shown how the volume of air affected by combustion progressively extends to the entire cylinder 105, and this even before the pistons 115 and 120 have reached the half of their back stroke.

Tutto ciò dimostra inequivocabilmente che il processo di miscelamento ariacombustibile, che controlla direttamente quello di combustione, è estremamente efficace. All this unequivocally demonstrates that the air-fuel mixing process, which directly controls the combustion process, is extremely effective.

La prova definitiva dell’efficienza del sistema, sia dal punto di vista prestazionale che delle emissioni inquinanti, è stata inoltre individuata nel fatto che le simulazioni condotte hanno evidenziato l’assenza di idrocarburi incombusti alla fine dell’espansione. The definitive proof of the efficiency of the system, both from the point of view of performance and polluting emissions, was also identified in the fact that the simulations conducted showed the absence of unburned hydrocarbons at the end of the expansion.

Ciò significa che tutto il combustibile è stato bruciato, fornendo la massima energia ai pistoni 115 e 120 e gettando nell’atmosfera dei fumi che contengono quantità trascurabili di particolato. This means that all the fuel has been burned, providing maximum energy to pistons 115 and 120 and throwing fumes into the atmosphere that contain negligible quantities of particulate matter.

Un altro vantaggio del sistema proposto, deducibile anch’esso dalle simulazioni, è la permanenza, lungo la superficie laterale interna 110 del cilindro 105, di un sottile strato o cuscino di aria che non viene mai completamente consumato dalla combustione. Another advantage of the proposed system, which can also be deduced from the simulations, is the permanence, along the internal lateral surface 110 of the cylinder 105, of a thin layer or cushion of air that is never completely consumed by combustion.

Tale cuscino consente di ridurre la dispersione del calore attraverso le pareti del cilindro 105, già peraltro limitata dalla minima superficie del cielo dei pistoni 115 e 120, contribuendo così ad aumentare ancora di più l’efficienza del motore 100. Ovviamente al motore 100 sopra descritto un tecnico del settore potrà apportare numerose modifiche di natura tecnico applicativa, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata. This cushion makes it possible to reduce the dispersion of heat through the walls of the cylinder 105, already limited by the minimum surface of the crown of the pistons 115 and 120, thus helping to further increase the efficiency of the engine 100. Obviously, the engine 100 described above. a person skilled in the art will be able to make numerous modifications of a technical applicative nature, without thereby departing from the scope of the invention as claimed below.

Claims (12)

RIVENDICAZIONI 1. Un motore (100) due tempi Diesel e a pistoni contrapposti, comprendente: - un cilindro (105) avente una superficie laterale interna (110) che si estende attorno ad un prefissato asse centrale (X), - due pistoni (115, 120), reciprocamente contrapposti ed entrambi scorrevolmente ricevuti all’interno di detto cilindro (105), per definire con la superficie laterale interna (110) una camera di combustione (125) a volume variabile, - almeno un condotto di aspirazione (170) estendentesi secondo un prefissato asse longitudinale (Y) ed afferente all’interno del cilindro (105) attraverso una luce di aspirazione (165) ricavata sulla superficie laterale interna (110), - almeno un condotto di scarico (185) efferente dall’interno del cilindro (105) attraverso una luce di scarico (180) ricavata sulla superficie laterale interna (110), ed - un iniettore (195) di combustibile associato al cilindro (105) e atto ad iniettare un getto di combustibile all’interno della camera di combustione (125) secondo un prefissato asse di iniezione (Z), caratterizzato dal fatto che la proiezione dell’asse longitudinale (Y) del condotto di aspirazione (170), effettuata su un piano di riferimento (Q) ortogonale all’asse centrale (X) del cilindro (105) e passante per un punto di intersezione (K) tra l’asse longitudinale (Y) del condotto di aspirazione (170) e la superficie laterale interna (110) del cilindro (105), è inclinata rispetto ad un piano diametrale (D) contenente l’asse centrale (X) del cilindro (105) e detto punto di in tersezione (K), che la proiezione dell’asse di iniezione (Z), effettuata su un piano di riferimento (P) ortogonale all’asse centrale (X) del cilindro (105) e passante per un punto di intersezione (L) tra l’asse di iniezione (Z) e la superficie laterale interna (110) del cilindro (105), è inclinata rispetto ad un piano diametrale (d) contenente l’asse centrale (X) del cilindro (105) e detto punto di intersezione (L), e che dette proiezioni dell’asse longitudinale (Y) del condotto di aspirazione (170) e dell’asse di iniezione (Z) sono inclinate, rispetto ai rispettivi piani diametrali (D, d), in modo concorde. CLAIMS A two-stroke diesel and opposed piston engine (100), comprising: - a cylinder (105) having an internal lateral surface (110) which extends around a predetermined central axis (X), - two pistons (115, 120), mutually opposed and both slidingly received inside said cylinder (105), to define with the internal lateral surface (110) a combustion chamber (125) with variable volume, - at least one intake duct (170) extending along a predetermined longitudinal axis (Y) and afferent inside the cylinder (105) through an intake port (165) obtained on the internal side surface (110), - at least one exhaust duct (185) efferent from inside the cylinder (105) through an exhaust port (180) obtained on the internal side surface (110), and - a fuel injector (195) associated with the cylinder (105) and able to inject a jet of fuel into the combustion chamber (125) according to a predetermined injection axis (Z), characterized by the fact that the projection of the longitudinal axis (Y) of the intake duct (170), carried out on a reference plane (Q) orthogonal to the central axis (X) of the cylinder (105) and passing through an intersection point (K) between the longitudinal axis (Y) of the intake duct (170) and the internal lateral surface (110) of the cylinder (105), is inclined with respect to a diametrical plane (D) containing the central axis (X) of the cylinder (105) and said intersection point (K), that the projection of the injection axis (Z), carried out on a reference plane (P) orthogonal to the central axis (X) of the cylinder (105) and passing through an intersection point (L) between the injection axis (Z) and the internal lateral surface (110) of the cylinder (105), it is inclined with respect to a diametrical plane (d) containing the central axis (X) of the cylinder (105) and said intersection point (L), and that said projections of the longitudinal axis (Y) of the intake duct (170) and of the of injection (Z) are inclined, with respect to the respective diametrical planes (D, d), in a concordant way. 2. Un motore (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l’angolo () formato dalla detta proiezione dell’asse longitudinale (Y) del condotto di aspirazione (170) e dal corrispondente piano diametrale (D) è compreso tra 10° e 20°. 2. An engine (100) according to claim 1, characterized in that the angle () formed by said projection of the longitudinal axis (Y) of the intake duct (170) and by the corresponding diametrical plane (D) is comprised between 10 ° and 20 °. 3. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’asse longitudinale (Y) del condotto di aspirazione (170) giace nel corrispondente piano di riferimento (Q) o è inclinato rispetto a quest’ultimo di un angolo inferiore a 20°. 3. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the longitudinal axis (Y) of the intake duct (170) lies in the corresponding reference plane (Q) or is inclined with respect to the latter by an angle of less than 20 °. 4. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il condotto di aspirazione (170) è collegato ad un compressore atto ad alimentare aria all’interno del cilindro (105) ad un pressione tale da ottenere nel cilindro (105) un coefficiente di swirl uguale o superiore a 3. 4. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the intake duct (170) is connected to a compressor adapted to feed air into the cylinder (105) at a pressure such as to obtain in the cylinder (105) a swirl coefficient equal to or greater than 3. 5. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una pluralità di detti condotti di aspirazione (170), ognuno dei quali afferisce all’interno del cilindro (105) attraverso una rispettiva luce di aspirazione (165), estendendosi secondo un rispettivo asse longitudinale (Y) la cui la proiezione, effettuata su un rispettivo piano di riferimento (Q) ortogonale all’asse centrale (X) del cilindro (105) e passante per il punto di intersezione (K) tra l’asse longitudinale (Y) di detto condotto di aspirazione (170) e la superficie laterale interna (110) del cilindro (105), è inclinata rispetto ad un rispettivo piano diametrale (D) contenente l’asse centrale (X) del cilindro (105) e detto punto di intersezione (K). 5. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a plurality of said intake ducts (170), each of which reaches the inside of the cylinder (105) through a respective intake port (165 ), extending along a respective longitudinal axis (Y) whose projection, carried out on a respective reference plane (Q) orthogonal to the central axis (X) of the cylinder (105) and passing through the point of intersection (K) between the longitudinal axis (Y) of said intake duct (170) and the internal lateral surface (110) of the cylinder (105), is inclined with respect to a respective diametrical plane (D) containing the central axis (X) of the cylinder (105) and said intersection point (K). 6. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’angolo () formato dalla proiezione dell’asse di iniezione (Z) e dal corrispondente piano diametrale (d) è sostanzialmente uguale all’angolo () formato dalla proiezione dell’asse longitudinale (Y) del condotto di aspirazione (170) e dal corrispondente piano diametrale (D). 6. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle () formed by the projection of the injection axis (Z) and by the corresponding diametrical plane (d) is substantially equal to the angle () formed by the projection of the longitudinal axis (Y) of the intake duct (170) and the corresponding diametrical plane (D). 7. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’angolo () formato dalla detta proiezione dell’asse di iniezione (Z) e dal corrispondente piano diametrale (d) è compreso tra 10° e 20°. 7. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the angle () formed by said projection of the injection axis (Z) and by the corresponding diametrical plane (d) is comprised between 10 ° and 20 °. 8. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’asse di iniezione (Z) giace nel corrispondente piano di riferimento (P) o è inclinato rispetto a quest’ultimo di un angolo inferiore a 10°. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the injection axis (Z) lies in the corresponding reference plane (P) or is inclined with respect to the latter by an angle of less than 10 ° . 9. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il getto di combustibile generato dall’iniettore (195) è a forma di cono avente asse coincidente con l’asse di iniezione (Z) ed allargantesi verso l’interno del cilindro (105). An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the jet of fuel generated by the injector (195) is cone-shaped having an axis coinciding with the injection axis (Z) and widening towards the inside the cylinder (105). 10. Un motore (100) secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detto getto di combustibile ha un angolo di cono compreso tra 30° e 40°. An engine (100) according to claim 9, characterized in that said fuel jet has a cone angle comprised between 30 ° and 40 °. 11. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l’iniettore (195) è collegato ad un dispositivo di pompaggio atto ad alimentare combustibile ad una pressione massima uguale o superiore a 100 MPa. 11. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the injector (195) is connected to a pumping device capable of feeding fuel at a maximum pressure equal to or greater than 100 MPa. 12. Un motore (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun pistone (115, 120) comprende un cielo (130) piano o con una concavità rivolta verso l’altro pistone.12. An engine (100) according to any one of the preceding claims, characterized by the fact that each piston (115, 120) comprises a flat top (130) or with a concavity facing the other piston.
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