IT202000011080A1 - Motore a combustione interna sovralimentato dotato di un sistema (va) di attuazione delle valvole - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?BOOSTED INTERNAL COMBUSTION ENGINE PROVIDED WITH VALVE ACTUATION SYSTEM (VA)? - ?MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA SOVRALIMENTATO DOTATO DI UN SISTEMA (VA) DI ATTUAZIONE DELLE VALVOLE?

Campo dell?invenzione

La presente invenzione riguarda un sistema di attuazione valvole implementato in un motore a combustione interna sovralimentato.

Stato dell?arte nota

Quando la pressione generata dalla sovralimentazione di un motore a combustione interna ? relativamente alta, cio? costantemente al di sopra della pressione ambiente, l?albero a camme porta soventemente a degli inconvenienti. Per mantenere chiuse le valvole di aspirazione, ? necessario implementare una molla forte per evitare l'apertura indesiderata delle valvole. Ci? implica un elevato attrito sull'albero a camme. Gli attriti elevati comportano un'elevata coppia parassita.

Sommario dell?invenzione

Lo scopo principale della presente invenzione ? quello di fornire un sistema di attuazione della valvola adatto per quelle implementazioni in cui la pressione al collettore di aspirazione ? relativamente alta, indipendentemente dalla natura della sorgente di sovralimentazione.

Il principio principale dell'invenzione ? implementare una valvola ad azionamento pneumatico che sfrutta esclusivamente la pressione di aspirazione.

Secondo la presente invenzione, lo stelo della valvola ? fisicamente collegato ad un pistone mobile atto a muoversi in un relativo cilindro definendo almeno una camera chiusa interposta tra la valvola e il pistone mobile. La valvola ha una prima faccia esposta nel collettore di aspirazione e una seconda faccia, opposta alla prima faccia esposta in una camera di combustione corrispondente.

La prima camera ? direttamente collegata al collettore di aspirazione attraverso un canale di pressurizzazione calibrato ed ? collegata a un relativo dissipatore a bassa pressione, come ambiente o il basamento del motore o un serbatoio a bassa pressione attraverso una valvola, adatta a consentire un flusso di sfiato, superiore al flusso di pressurizzazione attraverso il canale strozzato.

Il canale di pressurizzazione potrebbe essere collegato direttamente al dispositivo di sovralimentazione.

Una molla ? disposta nella prima camera per forzare la valvola in posizione chiusa.

La condizione della valvola ? funzione della

- pressione nella camera di combustione del motore,

- pressione nel collettore di aspirazione,

- forza della molla,

- pressione nella prima camera.

La pressione nella prima camera ? principalmente funzione delle condizioni della valvola, a causa del rapporto tra i flussi di pressione e di sfiato.

Va notato che l'attuatore pneumatico non ? mai collegato alla camera di combustione.

Secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione, la valvola ? azionata in modo fisso da un disco di controllo, quindi la valvola potrebbe essere completamente meccanica o potrebbe essere una valvola elettro-attuata come un'elettrovalvola rapida, per esempio un'elettrovalvola a solenoide rapida, controllata in modo fisso in base alla posizione angolare dell'albero motore.

Secondo un'altra forma di realizzazione dell'invenzione, l'elettrovalvola viene azionata secondo le specifiche mappe variabili memorizzate in una centralina elettronica di controllo in modo tale da realizzare un'attuazione variabile della valvola.

Vantaggiosamente, l'attuale sistema di azionamento della valvola ? in grado di sfruttare la pressione di sovralimentazione come fonte di energia senza una fonte di alimentazione aggiuntiva come la normale cinghia / catena di distribuzione.

La camera di combustione sopra menzionata appartiene a un motore 4 tempi tutto-in-uno o ad un cosiddetto motore a split cycle.

? chiaro che, la fonte di sovralimentazione, nel caso del motore 4 tempi tutto-in-uno, dovrebbe essere in grado di pressurizzare adeguatamente il collettore di aspirazione anche all'avvio del motore. Questa capacit? pu? essere facilmente realizzata nei veicoli dotati di freni ad azionamento pneumatico, come camion, mezzi pubblici e veicoli agricoli grazie ai loro circuiti pneumatici.

Tuttavia, anche un'auto con un motore a 4 tempi tutto-in-uno pu? essere facilmente dotata di un serbatoio di aria compressa disposto per azionare il sistema di azionamento della valvola. Il sistema VA potrebbe funzionare anche senza ulteriore boost all'avvio a freddo, poich? la valvola a fungo, in tali condizioni, funge da valvola di non ritorno. Bassi valori di sovralimentazione, noti nei motori a benzina e diesel tradizionali, limiteranno la dinamica della valvola del motore, poich? le forze sono ridotte. Al contrario, un motore split cycle deve comunque essere sovralimentato per avviarsi. Tale spinta ? "automaticamente" prodotta dal pistone di compressione, in s? noto. La presente invenzione trova la sua migliore implementazione in quei casi in cui la sovralimentazione raggiunge alte pressioni, oltre 10 bar e specialmente nei motori split cycle. Infatti, se la molla della valvola che forza la chiusura della valvola non ? sufficientemente forte, la valvola di aspirazione potrebbe comportarsi come una valvola di non ritorno quando la pressione di sovralimentazione ? bassa, in base alla differenza di pressione tra pressione di aspirazione e pressione nel cilindro di combustione. Dall'altro lato, l'aumento della rigidit? della molla comporta un aumento dell'attrito.

Al contrario, in caso di implementazione del motore split cycle, l'elevata spinta aprir? la valvola di aspirazione durante la corsa di scarico, se non ? bilanciata dal pistone mobile qui descritto.

Pertanto, la presente invenzione sembra risolvere un problema, che aumenta con una maggiore pressione di sovralimentazione, implementando un pistone mobile di bilanciamento in combinazione con una valvola di sfiato e un dissipatore a bassa pressione, per controllare l'apertura e la chiusura della valvola.

Il motore split cycle utilizza una compressione e un cilindro di combustione. Di fronte al cilindro di combustione, la pressione potrebbe raggiungere picchi di 70 bar, con una pressione minima di circa 20 bar.

Questi e altri scopi sono raggiunti mediante le rivendicazioni allegate, che descrivono forme di realizzazione preferite dell'invenzione, formando parte integrante della presente descrizione.

Breve descrizione dei disegni

L'invenzione risulter? completamente chiara dalla seguente descrizione dettagliata, data a puro titolo di esempio esemplificativo e non limitativo, da leggere con riferimento alle figure di disegno allegate, in cui:

- la Fig. 1 mostra schematicamente un primo esempio di motore a combustione interna potenziato ad alta pressione dotato di azionamento variabile della valvola secondo la presente invenzione;

- La Fig. 2 mostra un secondo esempio basato sull'esempio di Figura 1.

Gli stessi numeri e lettere di riferimento nelle figure indicano gli stessi componenti o parti funzionalmente equivalenti.

Secondo la presente invenzione, il termine "secondo elemento" non implica la presenza di un "primo elemento", primo, secondo, ecc. Sono utilizzati solo per migliorare la chiarezza della descrizione e non devono essere interpretati in modo limitativo modo.

Descrizione di dettaglio di varianti preferite La figura 1 mostra un pistone di combustione CP operativamente associato ad un cilindro di combustione CC definendo un motore a combustione interna IC. Il motore a combustione IC ? dotato di una testa H predisposta per chiudere il cilindro e almeno per definire una camera di combustione CCB.

Viene descritta una valvola a fungo di aspirazione V. La valvola di aspirazione ? predisposta per comunicare con o sigillare l'aspirazione dalla camera di combustione CCB. In una posizione chiusa, la valvola ? polarizzata sulla sua sede corrispondente definita nella testa H, mentre in posizione aperta, la valvola sporge nella camera di combustione CCB in modo noto.

La valvola ha una prima faccia esposta nel collettore di aspirazione e una seconda faccia, opposta alla prima faccia esposta in una camera di combustione corrispondente.

La valvola V ha uno stelo VS adatto a scorrere in una sede corrispondente come noto alla persona esperta.

Una fonte boost BOO fornisce aria compressa al collettore di aspirazione.

Preferibilmente, lo stelo della valvola VS ? fisicamente collegato con un pistone mobile AP di un attuatore pneumatico PD.

L'attuatore pneumatico definisce almeno una prima camera FC interposta tra il pistone AP e la valvola V. Ci? significa che la pressurizzazione della prima camera porta verso la posizione di chiusura della valvola.

Preferibilmente, una molla metallica SP ? disposta nella prima camera per cooperare con la pressurizzazione della prima camera per ottenere la chiusura della valvola, specialmente quando il motore ? fermo.

Il pistone mobile AP ha una prima faccia esposta nella prima camera.

La prima camera comunica con il collettore di aspirazione attraverso un canale PC di pressurizzazione disposto per limitare il flusso di pressurizzazione dall'aspirazione alla prima camera.

La prima camera comunica con un dissipatore a bassa pressione SK come scarico, ambiente o carter LP o qualsiasi serbatoio del vuoto, attraverso un canale di sfiato VC, in cui ? disposta un'elettrovalvola rapida SV per controllare l'operazione di sfiato.

Il dissipatore di pressione SK pu? essere a bassa pressione stabile, come scarico, pressione ambiente o pressione del carter o pu? essere a pressione inferiore rispetto alla pressione ambientale, almeno durante l'apertura dell'elettrovalvola. Per un'implementazione preferita nel campo del motore split cycle, ha senso sfiatare il flusso tramite la valvola di controllo (SV) verso l'ingresso della turbina, quando il motore ? turbo, al fine di ottenere alcuni benefici dal gas in pressione.

Ad esempio, in alcuni veicoli ? predisposta una pompa per vuoto per determinati scopi. Tale vuoto pu? definire il dissipatore a bassa pressione. ? chiaro che anche nel caso in cui il collettore di aspirazione sia sotto la pressione ambiente, la sua pressione di sovralimentazione ? relativamente alta rispetto al dissipatore a bassa pressione.

Inoltre, nei motori Otto, l'acceleratore pu? essere evitato in modo da determinare la carica del cilindro attraverso l'attivazione della valvola VA.

Ci? significa che quando si apre l'elettrovalvola SV, la prima camera viene quasi immediatamente scaricata. Ci? significa anche che il flusso di pressurizzazione, tramite PC, ? inferiore al flusso di sfiato.

Dipende dalla rapidit? della pressurizzazione e dello sfiato della prima camera

- il rapporto tra flusso di pressurizzazione e flusso di sfiato (rapporto dell'area di flusso) e

- il rapporto tra pressione di sovralimentazione e pressione di caduta.

Inoltre, la superficie operativa del pistone mobile AP ? almeno leggermente pi? grande della prima faccia della valvola. Ci? significa che, quando la prima camera ? pressurizzata, la valvola tende a chiudersi.

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, la superficie operativa del pistone mobile AP ? abbastanza grande rispetto alla prima superficie frontale della valvola, in modo tale che la valvola rimanga chiusa anche sotto l'effetto di aspirazione del pistone di combustione e aumenta la pressione.

In questo contesto, la molla metallica pu? essere utile per aiutare il pistone mobile AP a mantenere chiusa la valvola V e anche in condizioni dinamiche.

Quando la prima camera viene sfiatata attraverso la valvola SV, l'effetto di aspirazione del pistone di combustione e la pressione di sovralimentazione aprono rapidamente la valvola, consentendo il riempimento della camera di combustione con una nuova carica.

Senza pressurizzare la prima camera, durante la fase di compressione, la valvola rimane aperta almeno fino a quando la pressione nella camera di combustione ? inferiore o uguale alla pressione di sovralimentazione. La molla in metallo pu? aiutare a compensare la dinamica di pressurizzazione. In effetti, il canale di pressurizzazione ? strozzato per rendere il pi? veloce possibile lo sfiato della prima camera. Tuttavia, durante la chiusura della valvola, la pressurizzazione ? pi? lenta dell'operazione di sfiato, quindi la molla metallica pu? rendere leggermente pi? veloce l'operazione di chiusura.

Inoltre, la corsa di compressione prima della combustione aiuta a chiudere automaticamente la valvola, quindi l'aumento di pressione nella camera di combustione coopera con il precarico della molla e la prima pressurizzazione della camera nella chiusura della valvola.

? chiaro che una valvola di scarico collegata alla camera CCB non viene descritta dei disegni, ma ? implicitamente presente.

Secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione, l'elettrovalvola SV ? controllata in modo fisso in base all'angolo dell'albero motore. In alternativa, l'elettrovalvola SV ? controllata al fine di variare l'attivazione della valvola in base a numerosi parametri noti, quali velocit? del motore, coppia e cos? via o al fine di azionare un'operazione di freno del motore.

Secondo un'altra forma di realizzazione preferita dell'invenzione che pu? essere combinata con una qualsiasi delle precedenti forme di realizzazione, l'attuatore pneumatico pu? comprendere una seconda camera disposta in modo opposto alla prima camera, in modo tale che il pistone AP esponga una seconda faccia opposta alla prima faccia. Secondo questa forma di realizzazione, la seconda camera SC descritta nella figura 2, ? operativamente collegata allo scarico preferibilmente immediatamente a monte o a valle della turbina di un turbocompressore o di un turbo-composto o con la cassa a gomito. Preferibilmente, anche il canale di sfiato VC ? collegato allo scarico o al basamento.

Tale pressione viene operativamente trasmessa alla seconda camera attraverso un canale secondario (non descritto), in modo tale che tale pressione coopera con la pressione di aspirazione sviluppata sulla prima faccia della valvola e l'effetto di aspirazione del pistone di combustione CP.

Pertanto, la condizione della valvola ? funzione della - pressione nella camera di combustione del motore,

- pressione nel collettore di aspirazione,

- forza della molla,

- pressione nella prima camera

- pressione nella seconda camera (sopra il pistone mobile). Preferibilmente, sia la seconda camera che il canale di sfiato sono operativamente collegati al basamento, che definisce il suddetto lavandino SK.

Preferibilmente, all'interno della prima camera ? disposto un elemento di scarico DE per definire la posizione finale della valvola in posizione completamente aperta. L'ascensore potrebbe essere controllato in alternativa, se il canale di sfiato ? bloccato dal pistone mobile ad un sollevamento definito ottenendo un effetto autocontrollo.

Lo spostamento della valvola ? indicato dall'etichetta "Sollevamento valvola" o ?Valve Lift? nei disegni.

Preferibilmente, l'estremit? libera dello stelo della valvola o la faccia del pistone mobile AP, disposta sul lato opposto rispetto alla prima camera, contatta un fermo della valvola autoregolante AJ. Tale dispositivo si espande, ad esempio, sotto la pressione dell'olio motore, evitando un forte impatto della valvola con la rispettiva sede, ma senza interferire con la chiusura completa della valvola stessa. Secondo un'ulteriore forma di realizzazione preferita dell'invenzione, il canale di pressurizzazione minacciato ? realizzato attraverso la guida dello stelo in modo tale da interconnettere l'aspirazione IK e la prima camera FC ottenendo gli effetti sopra descritti.

Le forme di realizzazione di esempio sono fornite in modo tale che questa divulgazione sar? completa e trasmetter? completamente l'ambito a coloro che sono esperti nella tecnica. Numerosi dettagli specifici sono esposti come esempi di componenti, dispositivi e metodi specifici, per fornire una comprensione approfondita delle forme di realizzazione della presente descrizione. Risulter? evidente agli esperti del ramo che non ? necessario utilizzare dettagli specifici, che forme di realizzazione di esempio possono essere incorporate in molte forme diverse e che nessuna delle due dovrebbe essere interpretata per limitare l'ambito della divulgazione. In alcune forme di realizzazione di esempio, i processi ben noti, le strutture di dispositivi ben note e le tecnologie ben note non sono descritte in dettaglio.

Claims (11)

Rivendicazioni

1. Motore a combustione interna sovralimentato (IC) dotato di sistema di attuazione della valvola (VA), il motore a combustione comprendendo almeno un pistone di combustione (CP) accoppiato ad un corrispondente cilindro di combustione (CC) chiuso da una testa (H) per definire una camera di combustione (CCB), in cui una valvola a fungo (V) ? disposta nella testa, in modo tale da aprirsi sporgendo nella camera di combustione e chiudere contro una corrispondente sede della testa, la valvola mettendo in comunicazione la camera di combustione con un collettore di aspirazione (IK), il sistema di attuazione (VA) comprendendo un attuatore pneumatico (PD) comprendente

- un pistone (AP) operativamente connesso con uno stelo (VS) della valvola a fungo (V),

- almeno una prima camera (FC) in cui il pistone (AP) ? mobile, in modo che la prima camera si trova frapposta tra la valvola a fungo (V) ed il pistone (AP),

- una molla (SP) disposta per espandere la prima camera, in cui la prima camera ? fluidicamente connessa con

- il collettore di aspirazione attraverso un canale calibrato di pressurizzazione (PC) e

- un dissipatore di pressione (SK), che ? costantemente sotto la pressione di aspirazione almeno durante lo sfiato della prima camera, attraverso una valvola controllabile (SV).

2. Motore secondo la rivendicazione 1, in cui la valvola controllabile (SV) ? costituita da una valvola completamente meccanica o una valvola elettro-attuata, come un'elettrovalvola a solenoide rapida.

3. Motore secondo la rivendicazione 2, comprendente inoltre un'unit? di controllo predisposta per controllare l'elettrovalvola rapida al fine di realizzare un azionamento variabile della valvola.

4. Motore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-3, in cui detta valvola a fungo (V) ha una prima faccia esposta nel collettore di aspirazione ed in cui la superficie di detta prima faccia ? inferiore ad una prima faccia del pistone (AP) esposto nella prima camera.

5. Motore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-4, in cui l'attuatore pneumatico include una seconda camera (SC) disposta in modo opposto alla prima camera, in cui la seconda camera ? collegata in modo fluido con detto dissipatore di pressione (SK).

6. Motore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti 1 - 5, in cui detto dissipatore di pressione (SK) ? uno tra:

- ambiente esterno,

- scarico,

- basamento,

- pompa a vuoto.

7. Motore secondo la rivendicazione 5, comprendente inoltre una turbina disposta operativamente sullo scarico del motore e in cui detto dissipatore di pressione ? costituito da un punto immediatamente a monte o a valle della turbina.

8. Motore secondo una delle precedenti rivendicazioni 1-7, comprendente inoltre un elemento di smorzamento (DE) disposto per smorzare l'apertura della valvola a fungo, preferibilmente disposto all'interno di detta prima camera.

9. Motore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni 1-8, comprendente inoltre un fermo della valvola autoregolante (AJ) predisposto per scaricare la chiusura della valvola a fungo.

10. Motore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto cilindro di combustione ? predisposto per sviluppare 4 tempi di un motore a combustione interna Otto o Diesel.

11. Motore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un cilindro di compressione predisposto per pressurizzare detto collettore di aspirazione definendo un motore a combustione split cycle.