IT202100020522A1 - Sistema di valvole semirotanti per l'aspirazione e lo scarico in un motore a combustione interna 4 tempi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE AVENTE PER TITOLO:

SISTEMA DI VALVOLE SEMIROTANTI PER L'ASPIRAZIONE E LO SCARICO IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA 4 TEMPI

SISTEMA DI VALVOLE SEMIROTANTI PER L'ASPIRAZIONE E LO SCARICO IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA 4 TEMPI

Campo tecnico

La presente invenzione ? relativa ad un sistema di valvole semirotanti per le fasi di aspirazione e scarico, e con forma ottimale del cielo della camera di combustione nel motore a combustione interna 4 tempi.

Stato della tecnica preesistente

Nei motori a combustione interna del tipo "4 tempi" al fine di regolare l'immissione o emissione delle miscele gassose, come aria-combustibile o i gas di scarico, viene utilizzata la valvola "a fungo", provvista di una sede propria, evita il ritorno indietro o che fuoriescano dal cilindro durante le fasi di combustione e scoppio le miscele gassose.

VALVOLE A FUNGO

Queste possono essere disposte in due modalit?:

Lateralmente: Esse sono disposte lateralmente al motore e non in testa, in questo caso non potranno mai interferire con il pistone. Solitamente utilizzano una distribuzione SV e in parte IOE.

In testa: Questa disposizione ? quella pi? comunemente usata. Tali valvole vengono disposte sulla testata dei motore, e per esse vengono utilizzate distribuzioni di tipo IOE, DOHC, SOHC. Queste valvole possono essere anche pi? di due e assumono nomi diversi a seconda del loro movimento (di tipo lineare) rispetto al centro del cilindro.

Le valvole possono altres? distinguersi in:

Assiali/parallelo: si tratta dello schema normalmente pi? utilizzato. Questo tipo di valvole quando vengono azionate rimangono tra di loro parallele, e si configurano tra testata e pistone con profilo a V.

Radiali: questo ? un sistema utilizzato da Ferrari, MV Agusta e attualmente da Aprilia, denominato Valvole radiali, dove tutte le valvole quando vengono azionate, si dirigono verso il centro de! cilindro, portando ad una forma del pistone e della testa pi? vicina a quella di un motore a due tempi, per l'azionamento di tali valvole sono necessari dei profili dei lobi dell'albero a camme molto particolari, inoltre tale sistema occupa leggermente pi? spazio laterale rispetto al sistema "parallelo". Tale valvole sono azionate da alberi a camme con profilo dei lobi molto particolare.

Esse posso essere azionate da diversi sistemi:

Camme: Si tratta di utilizzare dei lobi di un albero a camme che agisce direttamente sulla valvola stessa. Sistema utilizzato in parte nella distribuzione IOE e sulla distribuzione DOHC e SV. Bilanciere: In questo caso viene utilizzato un elemento interposto tra i lobi dell'albero a camme e la valvola, utilizzando un solo albero per amplificare l'effetto dell'eccentricit? dei lobi. Sistema utilizzato nella distribuzione SOHC e DESMO ed in parte anche nel sistema IOE.

Aste e bilanciere: In tale ipotesi viene interposta una asta tra i bilancieri e i lobi dell'albero a camme poich? l'albero stesso ? posto lontano dalla valvola, come nel sistema OHV.

Per far si che le valvole a fungo rientrino nella loro sede ed al fine di impedire la fuoriuscita dei gas vengono utilizzate diverse tecniche:

Elastica: Metodo pi? antico. Prevede l'utilizzo di una o pi? molle elastiche per far chiudere la valvola.

Pneumatica: Consiste nel l'uti I izzo di una molla pneumatica, la quale opera come la molla elastica ma ? pi? efficace nella chiusura ad elevati regimi. Inoltre evita il rimbalzo della valvola dalla sede. Tecnica usata molto nelle competizioni.

Desmodromica: Tecnica poco utilizzata. Questa valvola utiiizza i bilancieri per il comando dell'apertura e chiusura della valvola stessa.

Le valvole possono caratterizzarsi anche per il tipo di dimensione:

Uguale: Solitamente usate nei motori sovralimentati. Questo tipo di valvole prevede la stessa misura sia per quelle di scarico che per quelle di aspirazione.

Differenziate: Quando a pari numero le valvole sono pi? grandi, o, nel caso di numero maggiore possono essere pi? piccole. VALVOLE A FODERO

Oltre alle valvole "a fungo", le quali sono ad oggi le pi? comunemente usate, sono state progettate e sviluppate nel corso degli anni altre e diverse soluzioni tecniche, come le valvole a "fodero" dette anche "a manicotto"; queste ultime utilizzano un diverso sistema di distribuzione detto RCV.

Le valvole a fodero furono usate su molte auto di lusso e su molti motori aeronautici, in particolare sui motori inglesi degli anni 30 e 40.

Questo sistema prevedeva la costruzione di motori pi? semplici, leggeri e potenti, ed inoltre, offriva numerosi vantaggi, In particolare, non necessitava di albero a camme, quindi dei vari sistemi di trasferimento di potenza dai motore all'albero a camme e alle molle, infatti tale sistema era posizionato alla fine dell'albero motore, in tal modo si ottenevano motori pi? leggeri. Inoltre non dovendo azionare le molle la potenza rimaneva costante senza effetti sulla prestazione del motore. Questo sistema permetteva di controllare la sezione attuale delle luci, valore quest'ultimo molto importante nei motori a grossa cilindrata che girano ad alta frequenza.

Il motore munito di valvole a fodero risultava pi? affidabile in quanto non si verificavano, come invece accadeva per le valvole a fungo, cedimenti improvvisi a causa del martellamento delle camme sugli steli delle valvole.

Ulteriori vantaggi erano rappresentati dalla possibilit? di posizionare la candela nella posizione pi? conveniente, di distribuire il calore su tutto il cilindro che determinava una omogeneit? di calore con conseguente rapporto di compressione pi? alto.

Tuttavia, le valvole a fodero presentavano alcuni svantaggi: - Il manicotto di tenuta era soggetto a rapida usura ad opera del pistone, ed a una minore tenuta rispetto alle valvole a fungo. - l'elevato consumo di lubrificante.

VALVOLE BRV

Oltre alle valvole a fungo e quelle a fodero, negli anni veniva progettato un sistema di valvole detto BRV, che consisteva in una serie assiale di valvole rotanti singole per ogni cilindro.

Questo sistema, con un asse perpendicolare all'albero motore, prevedeva che le valvole venissero montate su cuscinetti e provviste di apposite fasce per la tenuta dei l?quidi raffreddamento e dell'olio di lubrificazione.

Nel sistema delle valvole BRV gli ingombri erano contenuti pertanto ci? consentiva l'applicazione in motori gi? esistenti. Le valvole BRV presentavano diverse criticit? in particolare la tenuta dei fluidi, e il problema della distorsione corpo valvola a seguito di sollecitazioni termiche.

Presentazione dell'invenzione:

Lo scopo della presente invenzione ? quello di elaborare una valvola in un motore a combustione interna che consenta di evitare che si verifichino problematiche che sono sorte nel tempo nell'applicazione pratica delle valvole a fungo, a fodero e BRV.

Le caratteristiche e i relativi vantaggi del sistema a valvole semirotanti per l'aspirazione e lo scarico in un motore a combustione interna sono molteplici. In particolare:

- inesistenza di ostruzione nel percorso dei flussi ariacombustibile e gas combusti.

Tale caratteristica, in fase di aspirazione (quando la valvola di aspirazione si porta in totale apertura), si sostanzia in una libert? della miscela aria-combustibile di percorrenza di tutto il condotto fino al cilindro, e, in fase di scarico (quando la valvola di aspirazione si porta in totale apertura), analoga libert?, in questo caso, di fuoriuscita dei gas combusti, senza che si verifichi alcun tipo di ostacolo nel percorso,

- Nella fase di apertura della valvola di aspirazione, si possono ottenere effetti, ove desiderati, del tipo (SWIRL- TUMPLE) nonch? effetti benefici sia in ordine alla qualit? dell'aria immessa nel cilindro che nella prima miscelazione tra ariacarburante.

- In fase di compressione, cio? quando entrambe le valvole sono in totale chiusura, queste assumono la forma troncoemisferica del cielo della camera di combustione con forma, e vengono altres? dotate di anello di tenuta per far s? che non fuoriesca la miscela compressa. In tal caso la forma del cielo della camera di combustione ? suscettibile di diverse progettazioni-- le valvole semirotanti, ove munite di squish, favoriscono la direzione della miscela verso la candela di accensione che si trova al centro del cielo della camera di combustione, ed in tal modo, nel creare turbolenze, ottengono da un lato l'effetto benefico che i gas combusti rimangano lontano dalla superficie della testata e dall'altro una minore dispersione del calore generato.

Le valvole semirotanti sono munite di un proprio sitema di azionamento che pu? essere gestito sia, meccanicamente, da alberi di trasmissione, che attraverso motori elettrici.

In conclusione, il sistema a valvole semirotanti per l'aspirazione e lo scarico in un motore a combustione interna genera una migliore scorrevolezza dei flussi sia in entrate che in uscita dal cilindro e una migliore qualit? dello scoppio rispetto alle tradizionali valvole a fungo.

Tali caratteristiche, le quali sono decisive per il funzionamento, determinano minori consumi e minori emissioni, e interessanti incrementi di potenza, nonch? la possibilit? che le stesse vengano impiantate su motori gi? esistenti.

In ultimo, in caso di applicazione di motori elettrici per il funzionamento delle valvole, si ottiene una fasatura variabile in tempo reale, la quale determina un ulteriore incremento dei vantaggi come sopra dettagliatamente indicati.

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONE

   SISTEMA DI VALVOLE SEMIROTANTI PER L'ASPIRAZIONE E LO SCARICO IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA 4 TEMPI

   Il sistema di valvole semirotanti per l'aspirazione e lo scarico in un motore a combustione interna 4 tempi ? composto da n. 2 (due) valvole, una per l'aspirazione aria/carburante (1) e l'altra per lo scarico dei gas combusti (2), entrambe alloggiate sopra il cilindro parallelamente all'albero motore (FIG. A pag.
2. 2 DISEGNI).

   Tali valvole sono configurate da due facce di forma diversa, in posizione di totale chiusura assumono la forma troncoemisferica del cielo della camera di combustione (FIG. B, pag.
3. 3 DISEGNI). Sono provviste di una propria sede nella parte inferiore che percorre tutta la circonferenza della valvola (3) e di una fascia di tenuta compressione che percorre tutta la circonferenza della sede della valvola, con forma nella parte interna di un angolo di 45? (4), quest'ultima, in fase di chiusura, evita la fuoriuscita di gas con ottimizzazione della tenuta, e comporta una consente una pulizia delle eventuali incrostazioni. Tali valvole, compiendo un semi giro in senso antiorario per la valvola di aspirazione ed un semi giro in senso orario per quella di scarico (FIG. C, pag 4 DISEGNI), si portano in fase di totale apertura ed assumono la forma del condotto di aspirazione e/o scarico, con forma di ellisse (FIG. D, pag 5 DISEGNI). Pertanto il condotto rimane libero da qualsiasi ostruzione.

   Le valvole sono azionate da un sistema proprio (FIG. E, pagine 6, 7, 8, 9, 10 DISEGNI) cos? composto:

   Da un semi ingranaggio (5), che ? formato, in parte esterna, da una serie di denti per trasmissione del moto alla valvola, e, per la rimanenza, sempre nella parte esterna, da una superficie liscia provvista di boccola esterna che percorre il semi ingranaggio favorendone lo scorrimento (6) e viene fissata ad un perno (20).

   Nella parte interna il semi ingranaggio ? provvisto di una sede di alloggiamento della valvola con a sua volta tre sedi per l'inserimento di spinotti di bloccaggio (7). Il semi ingranaggio posizionato ad una estremit? della valvola dal lato (A) ha la funzione sia di trasmettere il moto alla valvola che di tenerla bloccata nella propria sede.

   Da un cremagliera mobile con forma cilindrica divisa in due componenti:

   - La parte inferiore (8) ? costituita dalla cremagliera stessa che trasmette il moto al semi ingranaggio (5) e di conseguenza alla valvola.

   - La parte superiore della cremagliera mobile ha una doppia incisione semisferica incrociata tipo camma (9) che viene percossa da due spinotti con testa sferica (10).

   La parte inferiore e superiore della cremagliera risultano unite da un bullone interno (11) e da un piccolo spinotto di centraggio (12).

   Da un cilindro rotante fisso (13).

   Questo, nella parte inferiore, ? provvisto di alloggiamenti (14) per gli spinotti sferici (10) e di una cavit? (15) che accogli la cremagliera mobile. Nella parte superiore invece ? provvisto di un ingranaggio (16) il quale ruotando fa si che gli spinotti (10) fissati ad esso nella propria sede (14) percorrano l'incisione della cremagliera (9) facendo si che quest'ultima compia un movimento di tipo lineare.

   Sia il cilindro rotante (13) che la cremagliera mobile (8/9) sono racchiuse in una camicia (17) che ne consente una migliore funzionalit?.

   Da una doppia bronzina pi? anello tenuta olio (18), per non consentire l'ingresso di lubrificante nella camera di combustione. Questo elemento ? alloggiato tra il semi ingranaggio (5) e la valvola (1 e 2).

   L'intero sistema sopra elencato per la trasmissione del moto alla valvola (1 e 2) ? alloggiato da un lato (A) mentre dall'altro lato (B) la valvola (1 e 2) ? provvista di boccola di fissaggio (19) bloccata da uno spinotto (20) e dalla doppia bronzina pi? anello di tenuta olio (18).

   Da un ingranaggio (21) il quale accoppiato all'ingranaggio del cilindro rotante (13) ne permette appunto la rotazione. L'ingranaggio (21) pu? essere azionato sia da motori elettrici (FIG F, pag. 11 DISEGNI) che di tipo meccanico tramite albero di trasmissione.

   Da una candela per l'accensione dei gas combustibili (22) sistemata al centro del cielo della camera di combustione tra le due valvole (1 e 2) di aspirazione e scarico.

   La valvola dal lato (A) pu? essere provvista di uno spinotto di giunzione (23) per la continuit? di pi? cilindri (FIG. G, pag. 12 DISEGNI), mentre dal lato (B) esso ? fisso.

   Da una propria testata che accoglie il (SISTEMA DI VALVOLE SEMIROTANTI PER L'ASPIRAZIONE E LO SCARICO IN UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA 4 TEMPI) (FIG. H, pag. 13 DISEGNI)

   La testata ? suddivisa in due parti: Base inferiore (24) e Base superiore (25) (FIG. I, pag. 14, 15 DISEGNI).

   - la Base inferiore (24) ? composta in parte dal cielo della camera di combustione, da condotti aspirazione/scarico, ingresso acqua raffreddamento, ingresso/uscita olio lubrificante, fori per bulloni di serraggio e sedi componenti. La parte inferiore, nell'assemblaggio, accoglier? in ordine: (FIG J, pag. 16 DISEGNI) Valvole (1 e 2), fasce di tenuta compressione (4), dal lato (A): paraolio (18), semi tngranaggio(S) con relativi spinotti di bloccaggio (7) e boccola di scorrimento (6) con relativo spinotto di fissaggio (20) e inserimento della cremagliera inferiore (8), dal lato (B): doppia bronzina pi? anello di tenuta olio (18), boccola di fissaggio (19) e relativa guarnizione di tenuta liquidi (26).

   - la Base superiore (25) a! suo interno ? provvista di condotti di lubrificazione di entrata ed uscita raffreddamento acqua, di aspirazione aria, di scarico gas combusti, camera valvole, sede candela, ingresso iniezione carburante, fori per bulloni di centraggio e fissaggio, e sede per il sistema di movimentazione delle valvole (FIG. K, pag. 17 DISEGNI).

   La base superiore verr? accoppiata a quella inferiore (24) attraverso bulloni di centraggio (27), ed, in ordine, verranno inseriti: bulloni per il fissaggio al monoblocco (28), camicie (17) cremagliera superiore con incisione camma (9), cilindro rotante (13) con relativi spinotti (10) fissati con relativo bullone (11), piattello tenuta (29) che ha la funzione di tenere fissato nella propria posizione il cilindro rotante (13), ingranaggio per la trasmissione del moto (21) provvisto di paraolio (30), guarnizione tenuta lubrificazione (31), e coperchio di tenuta (32) con relativi bulloni di serraggio (33) - tutti i componenti elencati saranno provvisti di lubrificazione per ottimale funzionamento nonch? di circuito di raffreddamento ad acqua (FIG. L, pag. 18 DISEGNI). In ultimo verr? inserita la candela (22) e la relativa pipetta (34) connessa al cavo di tensione.