IT202000026834A1 - Albero motore a masse variabili - Google Patents

Description

Domanda di Brevetto per Invenzione Industriale a titolo:

"Albero Motore a Masse variabili"

Descrizione

Campo di applicazione

La presente invenzione trova applicazione nel settore tecnico dei motori ciclo otto ed

il concetto applicato consente un efficientamento di potenza dell? 8-10 % su motori di piccola cilindrata sino ad un 30 % su motori di grosse dimensioni.

Se si pensa ai motori di grandi navi e ai trasporti su strada (es. autoarticolati), o ai mezzi pesanti di lavoro (es. mezzi industria mineraria) sar? facile immaginare gli effetti conseguenti ad un simile sistema di efficientamento del motore tramite un sistema di contrappesi variabili.

Stato della tecnica

La tecnica studiata dal presente brevetto consente per la sua facilit? di ideazione, l?installazione su qualsiasi motore ciclo otto, due e quattro tempi.

Ha per oggetto la modifica strutturale dell?albero motore con la distribuzione delle masse esistenti, configurate non pi? con sistema statico, ma con un procedimento dinamico del movimento di parte delle masse.

Il calcolo della massa dinamica da applicare sar? in funzione del motore a cui andr? applicata, ma il principio rimane invariato.

Presentazione dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? quello di un risparmio sui consumi energivori di idrocarburi nel settore di applicazione dei motori ciclo otto, oltre ad un efficientamento del motore in toto che consente anch?esso alla riduzione dei consumi.

Uno scopo ? quello di ridurre lo sforzo del motore nelle varie fasi di funzionamento dovuto ai contrappesi esistenti ed al loro intervento durante il moto, conseguente a questo intervento subentrano un efficientamento maggiore, una maggiore distribuzione Hp del motore ed una riduzione di consumi di carburante.

Tali scopi, nonch? altri, sono raggiunti dal concetto espresso nella descrizione di codesto brevetto ed in particolare da un Albero Motore a Masse variabili come rivendicato.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusive dell?albero motore a masse variabili, illustrata a titolo di esempio non limitativo con l?aiuto delle unite tavole di disegno in cui

La FIG. 1A rappresenta un sistema secondo la tecnica nota;

1. Raffigurazione di sistema operativo secondo una prima forma di realizzazione (tipo A):

la FIG. 1B ? una vista prospettica della massa effettiva;

la FIG. 2 ? una vista in sezione sul piano verticale del corpo di massa;

la FIG. 3 ? una vista sezione orizzontale della massa effettiva;

la FIG. 4 ? una vista assonometrica esplosa di un?applicazione possibile del funzionamento;

2. Raffigurazione sistema di funzionamento secondo una seconda forma di realizzazione (tipo B) aperto durante il movimento rotatorio:

la FIG. 5a, la FIG. 5b e la FIG. 5c sono rappresentazioni in diverse viste di un sistema di funzionamento B aperto durante il movimento rotatorio;

la FIG. 6a, la FIG. 6b e la FIG. 6c sono rappresentazioni in diverse viste di un sistema di funzionamento B chiuso;

3. Raffigurazione sistema di funzionamento secondo una terza forma di realizzazione (tipo C):

la FIG. 7a, la FIG. 7b e la FIG. 7c sono rappresentazioni in diverse viste di un sistema di funzionamento C.

Descrizione dettagliata di un esempio di realizzazione preferito

Con riferimento alle figure allegate ? illustrato il principio di funzionamento del sistema- di masse variabili applicate all?albero motore.

Il sistema oggetto del brevetto consente l?ottimizzazione di forme tridimensionali con conseguente ottimizzazione del profilo del componente in un dato momento del moto rotatorio con conseguente miglioramento del comportamento meccanico, di una minimizzazione della massa necessaria al compimento del moto oppure dell?aumento della concentrazione della stessa nell?atto di accelerazione, evitando il trascinamento del corpo inerme. L?ottimizzazione studiata porta ad un rapporto ottimale di topologia che ha come scopo minimizzare il rapporto tra volume e forma geometrica delle parti di contrappeso dell?albero motore ridistribuendo il materiale e il suo movimento entro un volume prestabilito. La nuova forma studiata modifica i contorni del componente, modellandola in funzione della necessit? del moto rotatorio.

Il sistema consiste in un corpo avente forma differente a seconda delle strutture sul quale andr? installato e la sua posizione verr? modificata in funzione della posizione occupata nello spazio durante il ciclo.

Costruzione della somma delle Masse del sistema:

Mtot = (MPistone+M biella+viti) * z cil M albero motore+ Mvolano + M damper

Durante la fase di espansione sotto l?azione della pressione esercitata dai gas combusti il motore si muove ad alta velocit? ed accelerazione, in questa fase il pistone perde parte della sua energia cinetica, mentre il contrappeso dell?albero motore ad effetto volano ne acquista parte. Nella fase di compressione il pistone deve ridurre il volume del gas e tende a rallentare il suo moto, ma per inerzia il contrappeso dell?albero motore ad effetto volano si oppone alla riduzione di velocit? tentando di mantenerla costante, in questa fase cede l?energia sottratta nella fase di espansione.

L?idea nasce dal cambio possibile di geometria a seconda di quale fase siamo durante il moto rotatorio.

Il brevetto parte dal principio di relazione tra momento d?inerzia e diametro di un corpo circolare, secondo la relazione I

Relazione secondo la quale le masse importanti vengono poste nelle zone periferiche, mentre viene limitato lo spessore nelle aree prossime all?asse di rotazione.

La riduzione della massa rotante mr al raggio di manovella r deve assicurare l?equivalenza tra le forze centrifughe agenti sulle masse effettive e quelle agenti sulle masse ridotte.

La massa mp del perno di biella il cui baricentro si trova a distanza r dall? asse di rotazione della manovella, non richiede riduzione, mentre le masse mw dei bracci di manovella (compresi i contrappesi) devono essere ridotte imponendo l?uguaglianza dei momenti statici:

mw = massa effettiva

rw = centro di gravit? della massa effettiva m wr = massa ridotta

r = raggio di manovella

Con l?applicazione del brevetto apportiamo modifiche alla distribuzione della massa rotante scomponendo la massa effettiva mw . Al suo interno vengono prodotte delle cavit? nelle quali trovano sede masse di scorrimento che possono spostarsi radialmente, vincendo la forza della molla che funge da regolatore di posizione in funzione del numero di giri dell?albero motore.

Questo scorrimento delle masse consente in fase di rotazione di aumentare la spinta in fase di risalita del corpo e di scaricare la massa nel momento di accelerazione. Le molle traslano la massa da una posizione xn ad una posizione xn+1 a seconda della necessit? di posizionamento in funzione del numero dei giri x della massa durante il moto rototraslatorio.

Lo stesso principio pu? essere applicato sulla mw (massa effettiva) producendo una sezione ad arco sulla massa di bilanciamento dell?albero, la quale sar? vincolata ad un estremo mentre l?estremo opposto sar? libero di traslare lungo un percorso calcolato e limitato da un sistema di fine corsa.

Con questa geometria si aumenta il diametro della massa effettiva ad un determinato numero di giri, ovvero nel momento in cui necessita avere un momento d?inerzia maggiore al fine di aumentare l?efficientamento del sistema motore.

In FIG. 1B vengono indicati con 1 i fori di alloggiamento della massa dinamica, con 3 la vite che consente l'alloggiamento della molla di fine corsa della massa dinamica lungo l?asse verticale O, con 2 la massa che trasla di forma cilindrica, realizzata con materiali di peso specifico maggiore. In FIG. 2 con 1 ? individuata la cavit? ricavata nel corpo, con 2 la massa cilindrica prodotta con materiali differenti a peso specifico maggiore rispetto alla massa effettiva, con 3 una vite di ancoraggio la quale supporta una molla per il fine corsa.

Analizzando il brevetto nelle sue componenti dovrebbe essere chiaro che il sistema ? applicabile a tutti gli alberi motore esistenti, che va ad efficentare le sue prestazioni agendo con sistemi dinamici sulle masse di contrappeso, riducendo lo sforzo nel momento di accelerazione ai bassi regimi di giri e riducendo l?effetto di trascinamento di tale massa quando non necessario. Questo sistema di contrappesi consente un risparmio di energia notevole a carico del motore andando ad aumentarne le prestazioni e conseguentemente riducendo i consumi. I disegni sopra riportati mostrano le differenti tecnologie applicabili. Lo scopo ? la dimostrazione del principio che vi ? alla base e che vogliamo sia realizzato.

Da quanto descritto appare evidente che lo strumento secondo l?invenzione raggiunge gli scopi prefissati, il tutto testato tramite realizzazioni di prototipi.

L'oggetto dell?invenzione ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito di tutela della presente invenzione.

Anche se l'oggetto ? stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza dell?invenzione e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Claims (4)

RIVENDICAZIONI

1. Albero Motore a Masse variabili per motore a combustione interna a movimento alternativo, comprendente:

- almeno una prima porzione (2) di masse la cui posizione radiale ? variabile in funzione del numero di giri dell?albero motore;

- mezzi di collegamento (4) atti a collegare detta prima porzione (2) al resto dell?albero motore, che consentono la traslazione della prima porzione (2) di masse.

2. Albero motore secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi di collegamento (4) comprendono molle o sistemi di fissaggio quali perni, viti o similari.

3. Albero motore secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, comprendente inoltre cavit? (1) realizzate all?interno della massa dell?albero motore nelle quali detta prima porzione di masse (2) ? disposta scorrevolmente.

4. Albero motore secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detta prima porzione di masse ? vincolata ad un estremo sull?albero motore, mentre un altro estremo opposto ? libero di traslare.