IT201800020110A1 - Motore a combustione interna diesel - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA DIESEL”

Campo dell'invenzione

La presente invenzione riguarda un motore a combustione interna diesel.

Descrizione della tecnica anteriore

I motori a combustione diesel sviluppano una grande quantità di particolato durante la combustione del carburante.

Questo particolato comporta depositi solidi che devono essere rimossi dalla camicia del cilindro attraverso anelli per pistoni e un raschiaolio.

Per prolungare la durata di servizio di motori di veicoli commerciali ed eliminare le emissioni di scarico dannose, alcuni produttori di motori stanno utilizzando sempre più manicotti di cilindri con un anello parafiamma (fire ring), solitamente realizzato in acciaio.

Un anello parafiamma, anche denominato anello raschiaolio, in un anello fisso è bloccato nella camicia del cilindro per circondare la camera di combustione.

L'anello parafiamma sporge all'interno della camera di combustione, ma senza alcun impatto sulla corona del pistone quando raggiunge il centro morto superiore. Quindi, il diametro interno dell'anello parafiamma è minore del diametro interno del foro di cilindro.

La figura 1 descrive un motore a combustione interna esemplificativo che implementa un anello parafiamma secondo quanto la richiedente considera come lo stato della tecnica. Il pistone P è rappresentato nella sua posizione TDC.

La figura descrive una porzione ingrandita della figura 1.

Qui, l'anello parafiamma sporge di circa 0,15 mm all'interno della camera di combustione CC.

Il pistone P ha la superficie superiore solitamente denominata corona PCR.

Secondo la figura 2, la corona è leggermente sotto l'anello parafiamma. In aggiunta, lo spazio vuoto tra la superficie laterale del pistone e la camicia del cilindro CL è all'incirca di 0,18 mm, pertanto, non vi è alcun rischio di collisione.

L'anello parafiamma definisce una sorta di tenuta tra la camera di combustione e lo spazio vuoto anulare tra il pistone e la camicia di cilindro, impedendo che il carbonio si depositi sulla camicia del cilindro e quindi sugli anelli per pistoni e sul raschiaolio di pistone PR.

L'anello parafiamma, in aggiunta, riduce la produzione di particolato e quindi il suo deposito sulla testa del cilindro.

Questo aspetto è particolarmente rilevante poiché i depositi di carbonio riducono la manutenzione dei motori.

Le caratteristiche descritte nel background della tecnica anteriore sono introdotte soltanto per comprendere meglio l'invenzione e non come dichiarazione relativa all'esistenza di una tecnica anteriore nota. In aggiunta, dette caratteristiche definiscono il contesto della presente invenzione, quindi tali caratteristiche dovranno essere considerate insieme alla descrizione dettagliata.

Riepilogo dell'invenzione

Lo scopo principale della presente invenzione è quello di migliorare l'efficacia dell'anello parafiamma mediante modifica della sua forma. Il principio principale dell'invenzione è quello di ridurre lo scambio termico tra l'anello parafiamma e la camicia del cilindro riducendo la superficie di contatto tra la faccia esterna dell'anello parafiamma. Ciò viene conseguito preferibilmente facendo sporgere porzioni sagomate come punte o risalti distribuite uniformemente lungo la superficie esterna dell'anello parafiamma. Preferibilmente, detti risalti sono sagomati come una o più porzioni sporgenti anulari concentriche su un asse di simmetria di cilindro. Dette porzioni sporgenti sono formate in unico pezzo con l'anello parafiamma.

Preferibilmente, l'almeno una porzione sporgente anulare è a forma di anello.

In questo modo l'anello parafiamma ha soltanto due porzioni di contatto circonferenziali, una definita dall'anello sporgente anulare e dal bordo inferiore disposto per entrare in contatto con l'alloggiamento a gradino nella camicia del cilindro.

Secondo un'altra forma di realizzazione preferita dell'invenzione, due anelli sporgenti sono formati sulla superficie esterna dell'anello parafiamma, disposti rispettivamente vicino ai bordi superiore e inferiore dell'anello parafiamma per garantire una stabilità ottimale dell'anello nell'alloggiamento a gradino di cui sopra.

Secondo un'ulteriore forma di realizzazione dell'invenzione, il bordo superiore è sagomato come un bordo di taglio sporgente verso la testa del cilindro. Questo bordo di taglio definisce una sorta di guarnizione di testa aggiuntiva che funziona con un diametro minore rispetto alla guarnizione di cilindro/testa convenzionale.

Vantaggiosamente, questo bordo di taglio non soltanto risulta più efficace come guarnizione di cilindro/testa, ma riduce anche il volume morto che riduce l'efficienza del motore.

Questi e ulteriori scopi sono conseguiti mediante le rivendicazioni allegate, che descrivono le forme di realizzazione preferite dell'invenzione, formando una parte integrale della presente descrizione.

Breve descrizione dei disegni

L'invenzione risulterà completamente chiara dalla seguente descrizione dettagliata, fornita a titolo di mero esempio esemplificativo e non limitativo, da leggere in riferimento alle figure del disegno allegate, in cui:

- la figura 1 mostra una vista in sezione longitudinale di un motore a combustione interna secondo lo stato della tecnica, in cui il piano della sezione è perpendicolare al perno di pistone;

- la figura 2 mostra una porzione ingrandita della figura 1 centrata sull'anello parafiamma;

- la figura 3 descrive una prima forma di realizzazione di un anello parafiamma secondo la presente invenzione;

- la figura 4 descrive una seconda forma di realizzazione di un anello parafiamma secondo la presente invenzione;

- la figura 5 descrive una terza forma di realizzazione di un dettaglio dell'anello parafiamma che può essere implementato in entrambi gli esempi delle figure 3 e 4.

Gli stessi numeri di riferimento e le stesse lettere nelle figure indicano parti uguali o funzionalmente equivalenti.

Per facilitare la comprensione della presente invenzione, i numeri di riferimento e le lettere generali uguali vengono utilizzati relativamente alla figura 1 e 2 della tecnica anteriore. Secondo la presente invenzione, l'espressione "secondo elemento" non implica la presenza di un "primo elemento", primo, secondo, ecc… sono utilizzati soltanto per migliorare la chiarezza della descrizione e non dovrebbero essere considerati come limitativi.

Descrizione dettagliata delle forme di realizzazione preferite

Le forme di realizzazione esemplificative sono fornite in modo tale che la presente descrizione sia completa e riporti completamente l'ambito di protezione agli esperti nella tecnica.

L'intento principale della presente invenzione è quello di ridurre la superficie di contatto tra l'anello parafiamma FR e il suo alloggiamento FRH nella porzione superiore nella camicia del cilindro CL.

Questa riduzione porta ad un sostanziale isolamento termico tra i due componenti.

La porzione superiore del cilindro è vicina alla testa del cilindro H. L'alloggiamento è convenzionalmente ottenuto allargando il foro del cilindro conseguendo un profilo a gradino.

In tale profilo a gradino, solitamente, è inserito l'anello parafiamma FR.

L'anello parafiamma consiste sostanzialmente in un anello con una superficie interna IS, rivolta verso la camera di combustione, e una superficie esterna OS rivolta verso l'alloggiamento FR.

I bordi superiore e inferiore congiungono le superfici interna ed esterna. La superficie esterna solitamente ha una forma cilindrica e il bordo inferiore ha una forma in modo tale da interferire assialmente con l'alloggiamento a gradino. Il termine "assialmente" è riferito all'asse di simmetria X del cilindro, che coincide con l'asse di simmetria dell'anello parafiamma.

Quindi, una prima regione di contatto C1 è piatta e definita secondo un piano perpendicolare all'asse di simmetria X del cilindro tra l'alloggiamento a gradino e il bordo inferiore dell'anello parafiamma.

Tale regione di contatto C1 è piatta poiché il bordo inferiore dell'anello parafiamma è piatto e perpendicolare rispetto alla superficie interna IS dell'anello parafiamma.

Qui, "inferiore" e "superiore" sono definiti considerando la convenzione, ovvero la testa è la porzione superiore e l'albero a manovella (non descritto) è la porzione inferiore del motore. Secondo la stessa convenzione, TDC (centro morto superiore) e BDC (centro morto inferiore) sono definiti relativamente allo spostamento del pistone.

Secondo una qualsiasi delle figure da 1 a 5, l'alloggiamento a gradino FRH ha anche una superficie cilindrica LF, coassiale all'asse del cilindro X, maggiore rispetto al foro del cilindro.

Secondo la forma di realizzazione della figura 3, l'anello parafiamma FR ha una superficie esterna che include un anello sporgente anulare CAR, disposto tra i bordi superiore e inferiore della superficie esterna dell'anello parafiamma.

Secondo la figura 3, è chiaro che l'anello sporgente anulare CR, che è un risalto definito sulla superficie esterna anulare dell'anello parafiamma, definisce un'interfaccia meccanica e termica con la superficie cilindrica LF dell'alloggiamento FRH. Anche in questo caso, è definita una seconda regione di contatto C2. Questa regione di contatto è sostanzialmente perpendicolare alla prima regione di contatto C1.

Più sporge l'anello anulare CAR, minore sarà la prima regione di contatto C1.

Si suppone che la sporgenza della superficie interna dell'anello parafiamma nella camera di combustione rimanga invariata, pertanto, il singolo anello sporgente CAR definisce due spazi vuoti nell'alloggiamento a gradino avente una forma triangolare secondo le sezioni longitudinali della figura 3.

Secondo la figura 4, la porzione centrale della superficie esterna anulare dell'anello parafiamma è lavorata alla macchina in modo tale da definire due risalti R1, R2. Tali risalti sono disposti vicino alle estremità opposte della superficie esterna dell'anello parafiamma. La superficie esterna può essere lavorata alla macchina in corrispondenza del bordo inferiore in modo da ridurre la prima regione di contatto C1. La superficie esterna può essere lavorata alla macchina in corrispondenza dell'estremità superiore, vicino alla testa del cilindro, in modo tale che siano definiti due spazi vuoti triangolari tra l'anello parafiamma e la superficie cilindrica quando in funzione, secondo la vista in sezione di cui sopra.

Secondo una forma di realizzazione preferita della soluzione della figura 4, la porzione centrale della superficie esterna dell'anello parafiamma è lavorata alla macchina in modo da ottenere una superficie semisferica con un raggio di 15 mm, definendo operativamente un segmento circolare, secondo la vista in sezione di cui sopra.

Questa soluzione risulta particolarmente vantaggiosa durante l'inserimento dell'anello parafiamma all'interno dell'alloggiamento a gradino.

Si dovrebbe comprendere che un effetto simile può essere conseguito se la superficie esterna dell'anello parafiamma ha un'elevata rugosità, quali picchi, uniformemente distribuiti sulla superficie esterna dell'anello parafiamma. Tuttavia, è più complicato produrre tali picchi.

Preferibilmente, quando la superficie esterna OS dell'anello parafiamma è dotata di anelli anulari, essi constano sostanzialmente in orli, coassiali all'asse di simmetria X del cilindro.

La figura 5 descrive un'ulteriore forma di realizzazione rilevante dell'invenzione che può essere combinata con quelle precedenti delle figure 3 e 4.

È noto che la testa del cilindro riceve un'elevata sollecitazione termica, tuttavia la testa del cilindro viene raffreddata molto dall'acqua del motore. Pertanto, per isolare meglio l'anello parafiamma dalla testa del cilindro, anche il bordo superiore dell’anello parafiamma è lavorata alla macchina definendo un bordo di taglio.

In altri termini, sebbene la superficie interna dell'anello parafiamma rimanga invariata, nuovamente, la superficie esterna viene lavorata alla macchina in corrispondenza del bordo superiore per definire una sorta di risalto superiore concepito per entrare in contatto con la testa del cilindro, riducendo lo scambio termico con quest'ultima.

Il fatto di lasciare invariata la superficie interna fornisce anche ulteriori benefici. Infatti, questo bordo di taglio definisce una sorta di guarnizione di testa aggiuntiva che funziona con un diametro minore rispetto alla guarnizione di cilindro/testa convenzionale.

In aggiunta, il bordo di taglio definisce una sorta di protezione per la guarnizione di testa del cilindro riducendo il volume morto, che riduce l'efficienza del motore.

Numerosi dettagli specifici sono riportati come esempi dei componenti, dispositivi e metodi specifici, per fornire una comprensione approfondita delle forme di realizzazione della presente descrizione. Risulterà evidente agli esperti nella tecnica che i dettagli specifici non devono essere impiegati, che le forme di realizzazione esemplificative possono essere realizzate in molte forme diverse e che non devono essere interpretate come limitanti l'ambito di protezione della descrizione. In alcune forme di realizzazione esemplificative, non sono descritti in dettaglio processi ben noti, strutture di dispositivi ben note e tecnologia ben note.

Molti cambiamenti, modifiche, variazioni e altri usi e applicazioni dell'invenzione in oggetto risulteranno evidenti agli esperti nella tecnica dopo aver considerato la specifica e i disegni allegati che descrivono le relative forme di realizzazione preferite come descritto nelle rivendicazioni allegate.

Ulteriori dettagli di implementazione non saranno descritti, dato che l'esperto nella tecnica è in grado di realizzare l'invenzione partendo dagli insegnamenti della descrizione precedente.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per migliorare la combustione di un motore a combustione diesel includente almeno un cilindro (C) con un relativo pistone (P) e un anello parafiamma (FR) inserito in un alloggiamento a gradino (FRH) definito in una camicia del cilindro (CL) in modo tale da circondare una relativa camera di combustione (CC), il metodo includendo una fase di sagomare una superficie esterna (OS) dell'anello parafiamma (FR), concepita per entrare in contatto con detto alloggiamento a gradino (FRH), in modo tale da includere porzioni sporgenti sagomate come punte o risalti distribuiti uniformemente lungo la superficie esterna in modo da ridurre uno scambio termico tra l'anello parafiamma e la camicia del cilindro.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che dette porzioni sporgenti sono sagomate come orli anulari coassiali a un asse di simmetria (X) di detto cilindro.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui un singolo anello anulare (CR) è disposto in una porzione intermedia di detta superficie esterna (OS) tra un bordo superiore e uno inferiore dell'anello parafiamma, in cui detto bordo superiore è concepito per essere rivolto verso o per entrare in contatto con una testa del cilindro (H) di detto motore a combustione interna diesel.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui due orli anulari (R1, R2) sono formati su detta superficie esterna (OS) dell'anello parafiamma, in cui un primo anello anulare è vicino a un bordo inferiore di detto anello parafiamma e un secondo anello anulare è vicino a un bordo superiore di detto anello parafiamma.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui tra detti due anelli anulari una porzione intermedia dell'anello parafiamma è lavorata a macchina in modo da definire un segmento circolare secondo una vista in sezione longitudinale tracciata in modo da includere l'asse di simmetria (X) dell'anello parafiamma, coincidente con l'asse di simmetria del cilindro.
6. 6. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 5, includente inoltre la fase di lavorare a macchina di detta superficie esterna in corrispondenza di detto bordo inferiore in modo che, secondo una relativa vista in sezione longitudinale, il bordo inferiore sia rastremato con una prima regione di contatto ridotta (C1) con detto alloggiamento a gradino, in cui detta prima regione di contatto è piatta e si sviluppa su un piano perpendicolare all’asse di simmetria del cilindro (X).
7. 7. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 1 a 6, includente inoltre la fase di lavorare a macchina detta superficie esterna in corrispondenza di detto bordo superiore in modo che detto bordo superiore sia costituito da un bordo di taglio concepito per entrare in contatto con una testa del cilindro (H) e definendo un effetto di chiusura a tenuta.
8. 8. Motore a combustione diesel includente almeno un cilindro (C) con un relativo pistone (P) e un anello parafiamma (FR) inserito in un alloggiamento a gradino (FRH) definito in una camicia del cilindro (CL) in modo tale da circondare una relativa camera di combustione (CC), il motore essendo caratterizzato dal fatto che una superficie esterna (OS) dell'anello parafiamma (FR), concepita per entrare in contatto con detto alloggiamento a gradino (FRH), è definita in modo tale da includere porzioni sporgenti sagomate come punte o risalti distribuite uniformemente lungo la superficie esterna in modo da ridurre uno scambio termico tra l'anello parafiamma e la camicia del cilindro.
9. 9. Motore secondo la rivendicazione 8, in cui dette porzioni sporgenti sono sagomate come orli anulari coassiali a un asse di simmetria (X) di detto cilindro.
10. 10. Motore secondo la rivendicazione 9, in cui un singolo anello anulare (CR) è disposto in una porzione intermedia di detta superficie esterna (OS) tra un bordo superiore e uno inferiore dell'anello parafiamma, in cui detto bordo superiore è concepito per essere rivolto verso o per entrare in contatto con una testa del cilindro (H) di detto motore a combustione interna diesel.
11. 11. Motore secondo la rivendicazione 9, in cui due orli anulari (R1, R2) sono formati su detta superficie esterna (OS) dell'anello parafiamma, in cui un primo anello anulare è vicino a un bordo inferiore di detto anello parafiamma e un secondo anello anulare è vicino a un bordo superiore di detto anello parafiamma.
12. 12. Motore secondo la rivendicazione 11, in cui tra detti due orli anulari è lavorata alla macchina una porzione intermedia dell'anello parafiamma in modo da definire un segmento circolare secondo una vista in sezione longitudinale tracciata in modo da includere l'asse di simmetria (X) dell'anello parafiamma, coincidente con l'asse di simmetria del cilindro.
13. 13. Motore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni da 8 a 12, in cui detta superficie esterna in corrispondenza di detto bordo superiore è lavorata alla macchina in modo tale che detto bordo superiore sia costituito da un bordo di taglio concepito per entrare in contatto con una testa del cilindro (H) e definendo un effetto di chiusura a tenuta.