IT201900009474A1

IT201900009474A1 - Motore a combustione interna

Info

Publication number: IT201900009474A1
Application number: IT102019000009474A
Authority: IT
Inventors: Giorgio Quattrini; Alberto Camparsi; Andrea Quattrini
Original assignee: Hpe S R L
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-19

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

“MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA”

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un motore a combustione interna.

ARTE ANTERIORE

Le normative internazionali relative al contenimento delle emissioni di gas inquinanti prodotti dagli autoveicoli prevedono nei prossimi anni una progressiva riduzione delle emissioni che possono essere rilasciate nell’atmosfera.

A causa delle suddette normative sempre più stringenti, i sistemi di trattamento dei gas di scarico sono divenuti sempre più costosi e complessi ed inoltre non è garantito che in futuro le dette normative potranno essere rispettate in considerazione dello stato attuale degli sviluppi dei motori a combustione interna e dei sistemi di post trattamento dei gas di scarico.

La domanda di brevetto US2017156891A1 descrive un motore a combustione interna comprendente: un basamento; quattro cilindri in linea ricavati nel basamento; una pluralità di valvole di aspirazione che regolano l’aspirazione all’interno dei corrispondenti cilindri; una pluralità di valvole di scarico che regola lo scarico dai corrispondenti cilindri; ed una testata che è collegata al basamento, costituisce un cielo dei cilindri e presenta delle sedi delle valvole che sono riportare (ovvero ciascuna sede di una valvola è costituita da un anello che viene piantato ad interferenza in un apposito alloggiamenti praticato nella testata in corrispondenza della zona ove un condotto di aspirazione o scarico "sfocia" nella camera di combustione).

La testata comprende un corpo di supporto, il quale è realizzato in alluminio, è direttamente fissato al basamento, ed alloggia un sistema di comando delle valvole; e quattro inserti, ciascuno dei quali è realizzato in acciaio, è rigidamente fissato al corpo di supporto (mediante rispettive viti), costituisce il cielo di un corrispondente cilindro, e presenta le sedi delle valvole (riportare, come descritto in precedenza). La testata comprende un circuito di raffreddamento che viene percorso da un fluido di raffreddamento ed è comune sia al corpo di supporto, sia agli inserti; in altre parole, il circuito di raffreddamento della testata comprende delle canalizzazioni che si estendono nel corpo di supporto e scambiano il fluido di raffreddamento con l’esterno e canalizzazioni che si estendono negli inserti e scambiano il fluido di raffreddamento solo con le canalizzazioni del corpo di supporto.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un motore a combustione interna che permetta di ridurre la generazione di sostanze inquinanti durante la combustione e che, nello stesso tempo, sia di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un motore a combustione interna secondo quanto rivendicato nelle rivendicazioni allegate.

Le rivendicazioni descrivono forme di realizzazione della presente invenzione formando parte integrante della presente descrizione.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

la figura 1 è una vista schematica di un motore a combustione interna realizzato in accordo con la presente invenzione;

la figura 2 è una vista schematica ed in sezione di un singolo cilindro del motore a combustione interna della figura 1;

la figura 3 è una vista prospettica di un inserto di una testata del motore a combustione interna della figura 1;

le figure 4 e 5 sono rispettivamente una vista dall’alto ed una vista dal basso dell’inserto della figura 3; e

le figure 6, 7 e 8 sono tre diverse viste in sezione dell’inserto della figura 3.

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna ad accensione comandata della miscela (ad esempio operante secondo il ciclo Otto) che utilizza come carburante la benzina (o un altro carburante analogo).

Il motore 1 a combustione interna è provvisto di una pluralità di cilindri 2 (solo uno dei quali è illustrato schematicamente nella figura 2) suddivisi in due bancate che formano tra loro una “V”. Il motore 1 a combustione interna comprende un basamento 3 in cui sono ricavati i cilindri 2 ed una coppia di testate 4 (una per ciascuna bancata di cilindri 2) che costituiscono il cielo dei cilindri 2 (ovvero la chiusura superiore dei cilindri 2) e sono montate sul basamento 3.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, ciascun cilindro 2 è collegato ad un collettore di aspirazione (non illustrato) tramite un condotto 5 di aspirazione che in corrispondenza del cilindro 2 si biforca ed è regolato da due rispettive valvole 6 di aspirazione; inoltre, ciascun cilindro 2 è collegato ad un collettore di scarico (non illustrato) tramite un condotto 7 di scarico che in corrispondenza del cilindro 2 si biforca ed è regolato da due rispettive valvole 8 di scarico.

All’interno di ciascun cilindro 2 è disposto un corrispondente pistone 9, il quale è atto ad effettuare un moto alternato all’interno del cilindro 2 stesso tra un punto PMS morto superiore ed un punto PMI morto inferiore. Ciascun pistone 9 è collegato ad un albero 10 motore attraverso una corrispondente biella 11.

Ciascun cilindro 2 è provvisto di (almeno) una candela 12 di accensione che generalmente è disposta al centro del cielo del cilindro 2.

Infine, ciascun cilindro 2 è provvisto di almeno un iniettore di carburante (non illustrato) che può essere disposto all’interno del corrispondente condotto 7 di scarico per iniettare il carburante nel condotto 7 di scarico (iniezione indiretta del carburante) oppure che può essere disposto all’interno del cilindro 2 (in corrispondenza del cielo del cilindro 2) per iniettare il carburante nel cilindro 2 (iniezione diretta del carburante). È anche possibile che ciascun cilindro 2 presenti un iniettore di carburante disposto all’interno del corrispondente condotto 7 di scarico ed un ulteriore iniettore di carburante disposto all’interno del cilindro 2.

Secondo quanto illustrato nella figura 6, la testata 4 comprende un corpo 13 di supporto, il quale è realizzato in un primo materiale metallico, è direttamente e rigidamente fissato (collegato) al basamento 3, ed alloggia un sistema di comando delle valvole 6 e 8 ed i condotti 5 e 7 (come meglio illustrato nella figura 2). Inoltre, secondo quanto illustrato nella figura 6, la testata 4 comprende, per ciascun cilindro 2, un corrispondente un inserto 14, il quale è realizzato in un secondo materiale metallico diverso dal primo materiale metallico (che compone il corpo 13 di supporto), è direttamente e rigidamente fissato al corpo 13 di supporto, costituisce il cielo del cilindro 2, e presenta le sedi 15 e 16 delle valvole 6 e 8.

Per ciascun cilindro 2, ovvero per ciascun inserto 14, il corpo 13 di supporto presenta una sede 17 che riproduce in negativo la forma dell’inserto 14 ed in cui è alloggiato l’inserto 14. In altre parole, il corpo 13 di supporto presenta una serie di sedi 17, in ciascuna delle quali è disposto (inserito, alloggiato) un corrispondente inserto 14.

Secondo una preferita forma di attuazione, il primo materiale metallico che costituisce il corpo 13 di supporto è una lega di alluminio (ovvero una lega ottenuta principalmente con la combinazione tra alluminio e rame, zinco, manganese, silicio, o magnesio) mentre il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di rame, ovvero una lega a base di rame in cui il rame è il componente prevalente (tipicamente bronzo) oppure una lega di acciaio, ovvero una lega a base di acciaio in cui l’acciaio è il componente prevalente. Di conseguenza, il secondo materiale metallico è più resistente del primo materiale metallico sia alle sollecitazioni meccaniche (in particolare derivanti dalla pressione), sia alle alte temperature (una lega di alluminio fonde normalmente tra 510°C e 650°C, mentre il bronzo fonde normalmente tra 880°C e 1020°C e l’acciaio fonde normalmente tra 1350 °C e 1580 °C).

Secondo una preferita forma di attuazione illustrata ad esempio nelle figure 6, 7 e 8, ciascun inserto 14 comprende al suo interno delle canalizzazioni 18 che sono atte alla circolazione di un fluido di raffreddamento (tipicamente acqua con additivi anticongelanti e/o anticorrosione) e sono completamente indipendenti ed isolate dal corrispondente corpo 13 di supporto in modo tale che non via sia alcuno scambio del fluido di raffreddamento tra l’inserto 14 ed il corrispondente corpo 13 di supporto. Nella forma di attuazione illustrata nelle figure allegate, le canalizzazioni 18 di ciascun inserto 14 scambiano il fluido di raffreddamento solo ed unicamente con il basamento 3 (ovvero il fluido di raffreddamento che attraversa le canalizzazioni 18 di ciascun inserto 14 circola precedentemente e/o successivamente anche all’interno del basamento 3); in altre parole, il fluido di raffreddamento che attraversa le canalizzazioni 18 di ciascun inserto 14 proviene dal basamento 3 prima di circolare negli inserti 14 e/o viene ceduto al basamento 3 dopo avere circolato negli inserti 14.

Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, le canalizzazioni 18 di ciascun inserto 14 scambiano il fluido di raffreddamento con un proprio circuito di raffreddamento che è completamente indipendente dal basamento 3 (ovvero il fluido di raffreddamento che attraversa le canalizzazioni 18 di ciascun inserto 14 non circola anche all’interno del basamento 3). In un motore 1 a combustione interna di piccola cilindrata altrimenti raffreddato ad aria, il circuito di raffreddamento a liquido potrebbe essere limitato unicamente agli inserti 14 (o all’unico inserto 14 nei caso di un motore 1 a combustione interna monocilindrico).

Secondo quanto illustrato nelle figure 6, 7 e 8, anche in ciascun corpo 13 di supporto sono ricavate delle canalizzazioni 19 che sono atte alla circolazione del fluido di raffreddamento, sono del tutto separate ed isolate dagli inserti 14 (quindi anche dalle canalizzazioni 18 degli inserti 14) e scambiano il fluido di raffreddamento direttamente e solo con il basamento 3; in altre parole, le canalizzazioni 19 dei corpi 13 di supporto sono atte alla circolazione del fluido di raffreddamento, sono completamente indipendenti ed isolate dalle canalizzazioni 18 presenti all’interno degli inserti 14, e scambiano il fluido di raffreddamento solo con il basamento 3. Secondo una diversa forma di attuazione non illustrata, ciascun corpo 13 di supporto è del tutto privo di canalizzazione per la circolazione di un fluido di raffreddamento.

Secondo una preferita forma di attuazione, è previsto un circuito di raffreddamento in cui circola il fluido di raffreddamento ed è provvisto di almeno un radiatore; il fluido di raffreddamento proveniente dal radiatore entra inizialmente nelle canalizzazioni 18 presenti all’interno degli inserti 14 e successivamente, dopo essere uscito dalle canalizzazioni 18, entra nelle canalizzazioni 19 che sono ricavate nei corpi 13 di supporto. Come detto in precedenza, le canalizzazioni 18 degli inserti 14 ricevono il fluido di raffreddamento dal basamento 3 e cedono il fluido di raffreddamento al basamento 3 ed analogamente, le canalizzazioni 19 dei corpi 13 di supporto ricevono il fluido di raffreddamento dal basamento 3 e cedono il fluido di raffreddamento al basamento 3; di conseguenza, non esiste uno scambio diretto di fluido di raffreddamento tra gli inserti 14 ed i corpi 13 di supporto, ma il passaggio del fluido di raffreddamento dagli inserti 14 ai corpi 13 di supporto avviene passando attraverso il basamento 3.

Secondo quanto illustrato nella figura 5, ciascun inserto 14 comprende almeno una apertura 20 di ingresso attraverso la quale il fluido di raffreddamento è atto ad entrare nelle canalizzazioni 18 ed almeno una apertura 21 di uscita attraverso la quale il fluido di raffreddamento è atto ad uscire dalle canalizzazioni 18. Secondo una preferita forma di attuazione illustrata nelle figure, le aperture 20 e 21 sono disposte esternamente al cilindro 2 e sono rivolte verso il basso (ovvero verso il basamento 3); di conseguenza, il basamento 3 presenta dei canali 22 (uno solo dei quali è illustrato nella figura 6) che sono disposti ai lati del cilindro 2 (ovvero sono separati dal cilindro 2) e sfociano verso la testata 4 in corrispondenza delle aperture 20 e 21 in modo tale da essere in comunicazione di fluido con le aperture 20 e 21 stesse. In questo modo, il fluido di raffreddamento passa direttamente dal basamento 3 (in cui scorre nei canali 22 ricavati di fianco ai cilindri 2) agli inserti 14 e viceversa.

Nel basamento 3 sono ricavati altri canali (diversi dai canali 22 che sono in comunicazione di fluido con gli inserti 14 e non illustrati) che sono in comunicazione di fluido con ciascun corpo 13 di supporto di ciascuna testata 4 ed hanno la funzione di fare circolare il fluido di raffreddamento anche attraverso il corpo 13 di supporto stesso (in modo del tutto indipendente dai corpi 14 di supporto) ed in particolare attraverso le canalizzazioni 19 del corpo 13 di supporto. In questo modo ed in ciascuna testata 4 la circolazione del fluido di raffreddamento negli inserti 14 è del tutto indipendente dalla circolazione del fluido di raffreddamento nel corpo 13 di supporto; infatti, in ciascuna testata 4, lo scambio di fluido di raffreddamento tra il basamento 3 e gli inserti 14 che è del tutto separata ed indipendente dallo scambio di fluido di raffreddamento tra il basamento 3 ed il corpo 13 di supporto (inoltre non vi è alcuno scambio di fluido di raffreddamento tra il corpo 13 di supporto e gli inserti 14).

Secondo una preferita forma di attuazione meglio illustrata nelle figure 7 e 8, le canalizzazioni 18 ricavate in ciascun inserto 14 sono separate da una camera di combustione del cilindro 2 da una parete avente preferibilmente uno spessore compreso tra 1 mm e 1.8 mm; questo risultato può venire ottenuto grazie al fatto che, in ciascuna testata 4, gli inserti 14 vengono prodotti separatamente ed indipendentemente ed anche con un diverso materiale metallico dal corpo 13 di supporto. Grazie al ridotto spessore delle pareti che delimitano la camera di combustione del cilindro 2 dalle canalizzazioni 18 ricavate in ciascun inserto 14 è possibile ottenere uno scambio termico molto elevato tra la camera di combustione del cilindro 2 ed il fluido di raffreddamento che scorre attraverso le canalizzazioni 18 e quindi è possibile raggiungere un efficienza di raffreddamento molto elevata (misurata come quantità di calore asportata nell’unità di tempo). Come ben illustrato nelle figure 7 e 8, le canalizzazioni 18 ricavate in ciascun inserto 14 circondano le sedi 15 e 16 valvola garantendo un raffreddamento ottimale delle sedi 15 e 16 valvola stesse che sono una zona molto delicata ed importante del cielo del corrispondente cilindro 2; infatti, le sedi 15 e 16 valvola devono sempre garantire una elevata tenuta pneumatica (ovvero una sigillatura) della camera di combustione del cilindro 2 quando le corrispondenti valvole 6 e 8 sono chiuse.

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione meglio illustrata nella figura 5, ciascun inserto 14 comprende due aperture 20 di ingresso ed una unica apertura 21 di uscita; in alternativa, ciascun inserto 14 potrebbe comprendere una unica apertura 20 di ingresso e due aperture 21 di uscita, potrebbe comprendere una unica apertura 20 di ingresso ed una unica apertura 21 di uscita, potrebbe comprendere due aperture 20 di ingresso e due aperture 21 di uscita, oppure potrebbe comprendere più di due aperture 20 di ingresso e/o più di due aperture 21 di uscita.

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione meglio illustrata nella figura 5, l’apertura 20 di ingresso (o le aperture 20 di ingresso) e l’apertura 21 di uscita (o le aperture 21 di uscita) sono disposte in posizioni opposte rispetto al cilindro 2; ovvero le l’apertura 20 di ingresso (o le aperture 20 di ingresso) è disposta da un lato del cilindro 2 mentre l’apertura 21 di uscita (o le aperture 21 di uscita) è disposta dal lato opposto del cilindro 2.

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione meglio illustrata nella figura 5, l’apertura 20 di ingresso (o le aperture 20 di ingresso) è disposta dal lato delle valvole 8 di scarico (ovvero delle sedi 16 valvola delle valvole 8 di scarico) e l’apertura 21 di uscita (o le aperture 21 di uscita) è disposta dal lato delle valvole 6 di aspirazione (ovvero delle sedi 15 valvola delle valvole 6 di aspirazione). In questo modo, il fluido di raffreddamento più freddo (in ingresso all’inserto 14) investe per prime le sedi 16 valvola delle valvole 8 di scarico che sono le più calde (essendo investite dai gas di scarico prodotti dalla combustione) mentre il fluido di raffreddamento più caldo (in uscita dall’inserto 14) investe per ultime le sedi 15 valvola delle valvole 6 di aspirazione che sono le più fredde (essendo investite dall’aria fresca proveniente dall’ambiente esterno).

Secondo quanto illustrato nelle figure 3-6, ciascun inserto 14 presenta un foro 23 passante atto ad alloggiare la candela 12 di accensione (in altre forme di attuazione non illustrate potrebbero essere previste due candele 12 di accensione per ciascun cilindro 2 oppure nessuna candela 12 di accensione ad esempio nel caso di un motore 1 a combustione interna ad accensione spontanea della miscela); normalmente, il foro 23 passante è disposto in posizione centrale ed è orientato parallelamente all’asse centrale del corrispondente cilindro 2. Secondo altre forme di attuazione non illustrata, gli elettrodi di ciascuna candela 12 di accensione potrebbero essere disposti in una precamera ricavata nel cielo del corrispondente cilindro 2.

Inoltre, ciascun inserto 14 presenta un foro 24 passante atto ad alloggiare un iniettore di carburante (in altre forme di attuazione non illustrate potrebbero essere previsti due iniettori di carburante per ciascun cilindro 2); normalmente, il foro 24 passante è disposto in posizione laterale (sia lato aspirazione, sia lato scarico) ed è inclinato rispetto all’asse centrale del corrispondente cilindro 2 (secondo una diversa forma di attuazione non illustrata il foro 24 passante è disposto in posizione centrale affiancato alla candela 12 di accensione).

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione meglio illustrata nella figura 5, in ciascuna testata 4, il corpo 13 di supporto presenta almeno un foro 25 di centraggio disposto in corrispondenza di ciascun inserto 14; analogamente, ciascun inserto 14 comprende almeno un perno 26 di centraggio che fuoriesce a sbalzo dall’inserto 14 ed è inserito nel foro 25 di centraggio del corpo 13 di supporto. L’accoppiamento tra il perno 26 di centraggio di ciascun inserto 14 ed il corrispondente foro 25 di centraggio del corpo 13 di supporto permette di inserire l’inserto 14 nel corpo 13 di supporto nella posizione corretta. Secondo altre forme di attuazione non illustrate, ciascun inserto 14 comprende due o tre perni 26 di centraggio che si inseriscono in corrispondenti fori 25 di centraggio ricavati nel corrispondente corpo 13 di supporto. In alternativa, il perno 26 di centraggio potrebbe fuoriuscire a sbalzo dal corpo 13 di supporto per inserirsi in un foro 25 di centraggio ricavato nell’inserto 13.

Come detto in precedenza, ciascun inserto 14 è direttamente e rigidamente fissato al corpo 13 di supporto. Secondo una possibile forma di attuazione, ciascun inserto 14 è collegato al corpo 13 di supporto mediante una saldatura laser. Secondo una ulteriore forma di attuazione, ciascun inserto 14 è collegato al corpo 13 di supporto mediante delle viti. Secondo una diversa forma di attuazione, ciascun inserto 14 è collegato al corpo 13 di supporto mediante una saldo-brasatura. La brasatura consiste nel collegare pezzi metallici con l'ausilio di un metallo d'apporto senza la fusione dei pezzi da assemblare ed il metallo d'apporto penetra per capillarità fra i pezzi da assemblare; la saldobrasatura è caratterizzata dall'utilizzo di materiali di apporto con temperature di fusione superiori alla brasatura forte e comunque inferiore al punto di fusione del materiale del giunto e le leghe comunemente usate sono ottoni fondenti a temperature relativamente elevate (ovvero attorno a 300-600 ̊C). Il processo di saldo-brasatura non è basato sull'attrazione capillare, ma principalmente sulla diffusione atomica della lega d'apporto nella struttura intergranulare del materiale di base.

Nel caso di collegamento mediante saldatura (laser o saldo-brasatura o altra tecnica di saldatura) tra inserti 14 e corpo 13 di supporto, la tenuta tra ciascun inserto 14 ed il corpo 13 di supporto è generalmente garantita dalla saldatura stessa. Nel caso di collegamento mediante viti tra inserti 14 e corpo 13 di supporto, la tenuta tra ciascun inserto 14 ed il corpo 13 di supporto potrebbe essere garantita dalla presenza di apposite guarnizioni. Ovviamente è anche possibile la presenza di guarnizioni tra ciascun inserto 14 ed il corpo 13 di supporto anche nel caso di collegamento mediante saldatura tra inserti 14 e corpo 13 di supporto.

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione, il basamento 3 è realizzato in lega leggera (tipicamente in una lega di alluminio) e per ciascun cilindro 2 comprende una corrispondente canna in acciaio che riveste internamente il cilindro 2 stesso; in questo modo, i cilindri 2 sono in grado di operare a temperature di combustione e pressioni di combustione molto elevate e, nello stesso tempo, il basamento 3 è complessivamente molto leggero. In alternativa anche la canna di ciascun cilindro 2 potrebbe essere realizzata in alluminio, eventualmente di tipo diverso da quello che costituisce il basamento 3.

Secondo una preferita forma di attuazione, il motore 1 a combustione interna comprende una pluralità di viti 27 prigioniere (schematicamente illustrate nella figura 1) che collegano ciascun corpo 13 di supporto al basamento 3 e sono tutte disposte esternamente a ciascun inserto 14 che quindi non viene in alcun modo attraversato dalle viti 27 prigioniere; in altre parole, ciascun inserto 14 è del tutto privo di fori passanti in cui sono disposte le viti 27 prigioniere in quanto le viti 27 prigioniere sono disposte esternamente (lateralmente) all’inserto 14 stesso. In particolare, ciascuna vite 27 prigioniera presenta una prima estremità filettata, detta radice, che è avvitata in un foro cieco filettato ricavato nel basamento 3, una parte centrale non filettata che è inserita in un foro passante che attraversa il corpo 13 di supporto di una corrispondente testata 4 (passando di fianco agli inserti 14 quindi senza minimamente toccare gli inserti 14), ed una seconda estremità filettata che fuoriesce dal corpo 13 di supporto ed è impegnata da un dado con rondella o anche un controdado.

Secondo una possibile forma di attuazione illustrata nella figura 6, ciascun inserto 14 presenta il foro 23 passante che è filettato ed alloggia la candela 12 di accensione, ciascun corpo 13 di supporto presenta un foro 28 passante filettato che è coassiale al corrispondente foro 23 ed è atto ad alloggiare la candela 12 di accensione, e ciascuna candela 12 di accensione è avvitata sia nel corrispondente foro 23, sia nel corrispondente foro 28 per stabilire un collegamento meccanico tra il corrispondente inserto 14 ed il corrispondente corpo 13 di supporto. In altre parole, ciascuna candela 12 di accensione ha una doppia funzione: oltre al naturale ruolo di accensione della miscela ha anche la funzione di stabilire un collegamento meccanico tra il corrispondente inserto 14 ed il corrispondente corpo 13 di supporto (essendo avvitata sia nel foro 23 del corrispondente inserto 14, sia nel foro 28 del corrispondente corpo 13 di supporto).

Come detto in precedenza, il primo materiale metallico che costituisce il corpo 13 di supporto è normalmente una lega di alluminio mentre il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di rame (tipicamente bronzo) oppure una lega di acciaio; di conseguenza, il secondo materiale metallico è più resistente del primo materiale metallico sia alle sollecitazioni meccaniche, sia alle alte temperature.

Una lega di rame presenta una conducibilità termica (sostanzialmente) superiore rispetto all’alluminio e all’acciaio e di conseguenza quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di rame, gli inserti 14 stessi presentano una migliore conducibilità del calore e quindi permettono di raffreddare in modo molto efficiente ed efficace le camere di combustione ricavate nei cilindri 2; in questo modo, utilizzando degli inserti 14 in lega di rame, è possibile realizzare un motore 1 a combustione interna in cui le temperature medie di combustione all’interno dei cilindri 2 sono sostanzialmente più basse (ad esempio di 40-60°C) rispetto ad un analogo motore a combustione interna noto (in cui le testate 4 sono dei monoblocchi di alluminio) a parità di capacità di scambio termico dei radiatori che raffreddano il liquido di raffreddamento. Riassumendo, quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di rame viene privilegiata la riduzione delle temperature medie di combustione all’interno dei cilindri 2 grazie alla grande capacità di scambio termico degli inserti 14.

Una lega di acciaio presenta una conducibilità termica (sostanzialmente) inferiore ad una lega di rame e di conseguenza quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di acciaio, gli inserti 14 stessi presentano una peggiore conducibilità del calore e quindi permettono di ottenere una camera di combustione maggiormente adiabatica; in questo modo, utilizzando degli inserti 14 in lega di acciaio, è possibile realizzare un motore 1 a combustione interna con delle temperature medie di combustione all’interno dei cilindri 2 molto più elevate rispetto ad un analogo motore a combustione interna noto (in cui le testate 4 sono dei monoblocchi di alluminio) ed anche rispetto al caso in cui il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di rame. Riassumendo, quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di acciaio viene privilegiata l’adiabaticità delle camere di combustione ricavate nei cilindri 2 e quindi viene aumentata in modo sostanziale (ad esempio di 40-80°C) la temperatura media di combustione.

Secondo una possibile forma di attuazione, il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è acciaio inossidabile (ovvero una lega di acciaio che comprende almeno il 10% di cromo) oppure Inconel® (ovvero una lega, principalmente a base di nichel, generalmente il 48%-72% di Nichel, e cromo, generalmente il 14%-29% di cromo); quando il secondo materiale metallico è una lega di rame oppure quando il secondo materiale metallico comprende almeno il 10% di cromo, è possibile realizzare le sedi 15 e 16 delle valvole 6 e 8 integrate in ciascun inserto 14 senza alcun riporto di altro materiale. In altre parole, quando il secondo materiale metallico è una lega di rame oppure quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 comprende almeno il 10% di cromo, le sedi 15 e 16 delle valvole 6 e 8 sono integrate in ciascun inserto 14 senza alcun riporto di altro materiale e quindi gli inserti 14 sono composti completamente ed unicamente dal secondo materiale metallico; in questo modo, le sedi 15 e 16 (quindi le valvole 6 e 8) possono essere più grandi a parità di dimensioni degli inserti 14 con effetti benefici sia sui consumi di carburante, sia sulle prestazioni.

Secondo altre forme di attuazione, il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è diverso da una lega di rame oppure da una lega di acciaio; l’unico vincolo è che il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 sia diverso dal primo materiale metallico che costituisce il corpo 13 di supporto e presenti una maggiore resistenza meccanica e/o una diversa capacità di scambio termico rispetto al primo materiale metallico che costituisce il corpo 13 di supporto.

Secondo altre forme di attuazione non illustrate e perfettamente equivalenti, il motore 1 a combustione interna potrebbe avere una conformazione diversa rispetto a quanto illustrato nelle figure allegate (ovvero una diversa disposizione ed un diverso numero di cilindri), potrebbe utilizzare carburanti diversi dalla benzina, e potrebbe prevede l’accensione spontanea della miscela (ad esempio operando secondo il ciclo Diesel).

Il motore 1 a combustione interna provvisto degli inserti 14 può essere un motore ad alte prestazioni (generalmente di elevata cilindrata, pluricilindrico e con disposizione a “V” dei cilindri 2); in questo caso, generalmente, il fluido di raffreddamento attraversa gli inserti 14, il basamento 3 ed anche i corpi 13 di supporto ed i vantaggi derivanti dalla presenza degli inserti 14 vengono sfruttati essenzialmente per massimizzare le prestazioni.

Il motore 1 a combustione interna provvisto degli inserti 14 può essere un motore di medie prestazioni (generalmente di media cilindrata, pluricilindrico e con disposizione in linea dei cilindri 2) in questo caso, generalmente, il fluido di raffreddamento attraversa gli inserti 14 ed il basamento 3 ma non i corpi 13 di supporto ed i vantaggi derivanti dalla presenza degli inserti 14 vengono sfruttati essenzialmente per minimizzare i consumi e le emissioni inquinanti.

Il motore 1 a combustione interna provvisto degli inserti 14 può essere un motore di piccole prestazioni (generalmente di piccola cilindrata e monocilindrico) in questo caso, generalmente, il fluido di raffreddamento attraversa solo inserti 14 (più raramente anche il basamento 3) ma non il basamento 3 ed i corpi 13 di supporto ed i vantaggi derivanti dalla presenza degli inserti 14 vengono sfruttati essenzialmente per minimizzare le emissioni inquinanti. In altre parole, in un motore 1 a combustione interna di piccola cilindrata altrimenti raffreddato ad aria, il circuito di raffreddamento a liquido è generalmente limitato unicamente agli inserti 14 (o all’unico inserto 14 nei caso più frequente di un motore 1 a combustione interna monocilindrico).

Le forme di attuazione qui descritte si possono combinare tra loro senza uscire dall'ambito di protezione della presente invenzione.

Il motore 1 a combustione interna sopra descritto presenta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il motore 1 a combustione interna sopra descritto permette ad un progettista di scegliere se diminuire la temperatura media di combustione nei cilindri 2 (quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di rame) ottenendo ad esempio una sensibile riduzione nella generazione di NOx, oppure di scegliere se aumentare la temperatura media di combustione nei cilindri 2 (quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di acciaio) ottenendo una maggiore efficienza energetica ed una riduzione della generazione di tutte le sostanze inquinante (con l’unica eccezione degli NOx che però possono venire tenuti sotto controllo mediante altre strategie note di controllo della combustione).

In altre parole, rispetto ad un analogo motore a combustione interna noto (in cui le testate 4 sono dei monoblocchi di alluminio), il motore 1 a combustione interna sopra descritto consente una ampia libertà di scelta sulla temperatura media di combustione nei cilindri 2 consentendo così di ottenere prestazioni non raggiungibili in un analogo motore a combustione interna noto.

È importante osservare che gli inserti 14 sono attraversati dalle canalizzazioni 18 e quindi permettono di raffreddare in modo molto efficiente la camera di combustione dei cilindri 2 consentendo di gestire temperature medie di combustione molto elevate (quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di acciaio) oppure di ridurre le dimensioni dei radiatori del fluido di raffreddamento (quando il secondo materiale metallico che costituisce gli inserti 14 è una lega di rame); riducendo la capacità di scambio termico dei radiatori che raffreddano il liquido di raffreddamento aumenta l’efficienza energetica complessiva grazie alla riduzione delle masse e delle perdite aerodinamiche per raffreddamento.

Grazie al fatto che non esiste alcuno scambio di fluido di raffreddamento tra gli inserti 14 ed i corrispondenti corpi 13 di supporto, non è necessario prevedere (realizzare) alcuna tipo di tenuta particolare tra gli inserti 14 ed i corrispondenti corpi 13 di supporto a tutto vantaggio della semplificazione costruttiva; ovviamente è necessario che vi sia una continuità tra la porzione iniziale dei condotti 5 e 7 ricavata nei corpi 13 di supporto e la corrispondente porzione finale dei condotti 5 e 7 ricavata negli inserti 14, ma tale continuità non richiede obbligatoriamente una tenuta perfettamente stagna e non è particolarmente sollecitata. E’ invece necessario garantire una ottima tenuta tra gli inserti 14 ed il basamento 3, ma tale tenuta è facilmente raggiungibile grazie al fatto che gli inserti 14 vengono premuti contro il basamento 3 dalla spinta esercitata dai corpi 13 di supporto per effetto dell’azione delle viti 27 prigioniere.

ELENCO DEI NUMERI DI RIFERIMENTO DELLE FIGURE

1 motore a combustione interna

2 cilindri

3 basamento

4 testata

5 condotto di aspirazione 6 valvola di aspirazione 7 condotto di scarico

8 valvola di scarico

9 pistone

10 albero motore

11 biella

12 candela di accensione 13 corpo di supporto

14 inserto

15 sede valvola

16 sede valvola

17 sede

18 canalizzazioni

19 canalizzazioni

20 apertura di ingresso 21 apertura di uscita

22 canali

23 foro passante

24 foro passante

25 foro di centraggio

26 perno di centraggio 27 viti prigioniere

28 foro passante

Claims

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Motore (1) a combustione interna comprendente: un basamento (3); almeno un cilindro (2) ricavato nel basamento (3); almeno una valvola (6) di aspirazione che regola l’aspirazione all’interno del cilindro (2); almeno una valvola (8) di scarico che regola lo scarico dal cilindro (2); ed almeno una testata (4) che è collegata al basamento (3), costituisce un cielo del cilindro (2) e presenta delle sedi (15, 16) delle valvole (6, 8); in cui la testata (4) comprende: un corpo (13) di supporto, il quale è realizzato in un primo materiale metallico, è direttamente fissato al basamento (3), ed alloggia un sistema di comando delle valvole (6, 8); ed un inserto (14), il quale è realizzato in un secondo materiale metallico diverso dal primo materiale metallico, è rigidamente fissato al corpo (13) di supporto, costituisce il cielo del cilindro (2), e presenta le sedi (15, 16) delle valvole (6, 8); ed in cui l’inserto (14) comprende al suo interno prime canalizzazioni (18) atte alla circolazione di un fluido di raffreddamento; il motore (1) a combustione interna è caratterizzato dal fatto che le prime canalizzazioni (18) presenti all’interno dell’inserto (14) sono completamente indipendenti ed isolate dal corpo (13) di supporto in modo tale che non via sia alcuno scambio del fluido di raffreddamento tra l’inserto (14) ed il corpo (13) di supporto.
2. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 1, in cui le prime canalizzazioni (18) sono separate da una camera di combustione del cilindro (2) da una parete avente uno spessore compreso tra 1 mm e 1.8 mm.
3. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le prime canalizzazioni (18) scambiano il fluido di raffreddamento solo con il basamento (3).
4. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 1, 2 o 3, in cui l’inserto (14) comprende almeno una apertura (20) di ingresso attraverso la quale il fluido di raffreddamento è atto ad entrare nelle canalizzazioni (18) ed almeno una apertura (21) di uscita attraverso la quale il fluido di raffreddamento è atto ad uscire dalle canalizzazioni (18).
5. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 4, in cui: le aperture (20, 21) sono disposte esternamente al cilindro (2) e sono rivolte verso il basso; ed il basamento (3) presenta almeno due canali (22) che sono disposti ai lati del cilindro (2) e sfociano verso la testata (4) in corrispondenza delle aperture (20, 21) in modo tale da essere in comunicazione di fluido con le aperture (20, 21) stesse.
6. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui l’apertura (20) di ingresso e l’apertura (21) di uscita sono disposte in posizioni opposte rispetto al cilindro (2).
7. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 4, 5 o 6, in cui l’apertura (20) di ingresso è disposta dal lato della valvola (8) di scarico e l’apertura (21) di uscita è disposta dal lato della valvola (6) di aspirazione.
8. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7, in cui l’inserto (14) comprende due aperture (20) di ingresso ed una unica apertura (21) di uscita.
9. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le prime canalizzazioni (18) scambiano il fluido di raffreddamento solo con un circuito di raffreddamento indipendente dal basamento (3).
10. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 9, in cui il corpo (13) di supporto ed il basamento (3) sono del tutto prive di canalizzazioni per la circolazione di un fluido di raffreddamento.
11. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9, in cui il corpo (13) di supporto comprende al suo interno seconde canalizzazioni (19) che sono atte alla circolazione del fluido di raffreddamento e sono completamente indipendenti ed isolate dalle prime canalizzazioni (18) presenti all’interno dell’inserto (14).
12. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 11, in cui: è previsto un circuito di raffreddamento in cui circola il fluido di raffreddamento ed è provvisto di almeno un radiatore; ed il fluido di raffreddamento proveniente dal radiatore entra inizialmente nelle prime canalizzazioni (18) presenti all’interno dell’inserto (14) e successivamente, dopo essere uscito dalle prime canalizzazioni (18), entra nelle seconde canalizzazioni (19) che sono ricavate nel corpo (13) di supporto.
13. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui le seconde canalizzazioni (19) scambiano il fluido di raffreddamento solo con il basamento (3).
14. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui il corpo (13) di supporto è del tutto privo di canalizzazioni per la circolazione di un fluido di raffreddamento.
15. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 14 e comprendente una pluralità di viti (27) prigioniere che collegano il corpo (13) di supporto al basamento (3) e sono tutte disposte esternamente all’inserto (14) che quindi non viene in alcun modo attraversato dalle viti (27)prigioniere.
16. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 15, in cui l’inserto (14) presenta un primo foro (23) passante atto ad alloggiare una candela (12) di accensione.
17. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 16, in cui: il primo foro (23) passante ricavato nell’inserto (14) è filettato; il corpo (13) di supporto presenta un secondo foro (28) passante filettato che è coassiale al primo foro (23) passante ed è atto ad alloggiare la candela (12) di accensione; e la candela (12) di accensione è avvitata nel primo foro (23) e nel secondo foro (28) per stabilire un collegamento meccanico tra l’inserto (14) ed il corpo (13) di supporto.
18. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 17, in cui il secondo materiale metallico è una lega di rame ed il primo materiale metallico è una lega di alluminio.
19. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 17, in cui il secondo materiale metallico è una lega comprendente almeno il 10% di cromo, preferibilmente acciaio inossidabile oppure Inconel®.
20. Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 18 o 19, in cui le sedi (15, 16) delle valvole (6, 8) sono integrate nell’inserto (14) senza alcun riporto di altro materiale.
21. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 20, in cui il corpo (13) di supporto presenta una sede (17) che riproduce in negativo la forma dell’inserto (14) ed in cui è alloggiato l’inserto (14).
22. Motore (1) a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 21, in cui: il corpo (13) di supporto presenta almeno un foro (25) di centraggio disposto in corrispondenza dell’inserto (14); e l’inserto (14) comprende almeno un perno (26) di centraggio che fuoriesce a sbalzo dall’inserto (14) ed è inserito nel foro (25) di centraggio del corpo (13) di supporto.
23. Motore (1) a combustione interna comprendente: un basamento (3); almeno un cilindro (2) ricavato nel basamento (3); almeno una valvola (6) di aspirazione che regola l’aspirazione all’interno del cilindro (2); almeno una valvola (8) di scarico che regola lo scarico dal cilindro (2); ed almeno una testata (4) che è collegata al basamento (3), costituisce un cielo del cilindro (2) e presenta delle sedi (15, 16) delle valvole (6, 8); in cui la testata (4) comprende: un corpo (13) di supporto, il quale è realizzato in un primo materiale metallico, è direttamente fissato al basamento (3), ed alloggia un sistema di comando delle valvole (6, 8); ed un inserto (14), il quale è realizzato in un secondo materiale metallico diverso dal primo materiale metallico, è rigidamente fissato al corpo (13) di supporto, costituisce il cielo del cilindro (2), e presenta le sedi (15, 16) delle valvole (6, 8).