IT202100030122A1 - CONTROL SYSTEM OF A CYLINDER VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
?SISTEMA DI CONTROLLO DI UNA VALVOLA PER CILINDRO DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA? ?CONTROL SYSTEM OF A CYLINDER VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE?
SETTORE TECNICO TECHNICAL FIELD
La presente invenzione ? relativa ad un sistema di controllo per una valvola di un cilindro di un motore a combustione interna. This invention? relating to a control system for a valve of a cylinder of an internal combustion engine.
La presente invenzione trova una sua applicazione preferita, bench? non esclusiva, nell?azionamento di una valvola per cilindro di un motore di tipo ?split-cycle?. A tale applicazione si far? riferimento nel seguito a titolo esemplificativo. The present invention finds its preferred application, although? non-exclusive, in the operation of one valve per cylinder of a ?split-cycle? type engine. Will this application be done? referenced below as an example.
STATO DELL?ARTE NOTA STATE OF THE NOTED ART
Il motore a ciclo diviso, cosiddetto ?split-cycle? ? ritornato di particolare interesse, grazie alla sua alta efficienza che ? maggiore di quella dei motori a combustione interna di tipo ?classici?, cio? ad esempio i motori a quattro tempi; tale efficienza maggiore, riduce i consumi veicolari e conseguentemente le emissioni inquinanti. The split-cycle engine, so-called ?split-cycle? ? returned to particular interest, thanks to its high efficiency which is greater than that of ?classical? internal combustion engines, that is? for example four-stroke engines; this greater efficiency reduces vehicle consumption and consequently polluting emissions.
Come di per s? noto, il motore di tipo a split-cycle separa in due differenti cilindri la compressione dell?aria e la combustione della miscela carburante. How in itself? known, the split-cycle type engine separates the compression of the air and the combustion of the fuel mixture into two different cylinders.
Infatti, mentre la compressione richiede una temperatura il pi? possibile bassa o la maggiore dissipazione dell?energia termica che si sviluppa dalla compressione, la combustione invece richiede una temperatura il pi? possibile alta o la minore la maggiore dissipazione dell?energia termica che si sviluppa dalla combustione. In fact, while compression requires a higher temperature? possible low or greater dissipation of the thermal energy that develops from compression, combustion instead requires a higher temperature? higher or lower is possible, the greater dissipation of the thermal energy that develops from combustion.
Separando dunque la compressione dalla combustione, il motore a split-cycle ottiene un?efficienza maggiore di quella dei motori a combustione interna classici. Therefore, by separating compression from combustion, the split-cycle engine achieves greater efficiency than that of classic internal combustion engines.
Tuttavia, i sistemi utilizzati per il controllo dei fluidi passanti nei cilindri dei motori a combustione interna classici non risultano facilmente utilizzabili nei motori di tipo split-cycle. In particolare, facendo particolare riferimento alla valvola di aspirazione insorgono notevoli problemi. However, the systems used to control the fluids passing through the cylinders of classic internal combustion engines are not easily usable in split-cycle engines. In particular, with particular reference to the intake valve, considerable problems arise.
Come noto, la valvola di aspirazione ? usualmente controllata da un sistema di controllo che ne permette il movimento entro una rispettiva sede per permettere o negare il passaggio dell?aria all?interno del cilindro. As you know, the intake valve ? usually controlled by a control system that allows its movement within a respective seat to allow or deny the passage of air inside the cylinder.
Il sistema di controllo pu? essere di tipo pneumatico o di tipo a camma. The control system can be pneumatic or cam type.
Nei sistemi di tipo a camma, un sistema di camma controlla l?apertura della valvola quanto spinta dalla camma stessa ed una molla richiama la valvola in posizione chiusa. Chiaramente, tale richiamo necessita di vincere una forza resistente dovuta alla pressione dell?aria in ingresso al cilindro agente sulla porzione a ?fungo? della valvola, cio? la porzione che coopera a contatto con la rispettiva sede per chiuderla. In cam-type systems, a cam system controls the opening of the valve when pushed by the cam itself and a spring returns the valve to the closed position. Clearly, this recall needs to overcome a resisting force due to the pressure of the air entering the cylinder acting on the "mushroom" portion. of the valve, that is? the portion that cooperates in contact with the respective seat to close it.
Tale molla risulta facilmente dimensionabile in un sistema standard, in quanto, considerando i diametri dei funghi delle valvole in commercio e le pressioni in gioco che sono dell?ordine dei 5 bar, la massima forza di richiamo che deve impartire la molla ? minore di 1000 N. This spring can be easily dimensioned in a standard system, since, considering the diameters of the valve heads of the valves on the market and the pressures involved which are of the order of 5 bar, the maximum return force that the spring must impart? less than 1000 N.
Nei sistemi di tipo split-cycle, la pressione in esercizio ? molto maggiore in quanto l?aria scorre nel cilindro di combustione gi? compressa, dunque in valori di circa 100 bar. Dunque, fermo restando i diametri usualmente utilizzabili, la forza di richiamo che sarebbe necessario che la molla impartisca sale su valori di alcune migliaia di N, anche maggiori di 5000 N. In split-cycle systems, the operating pressure is ? much greater as the air flows into the combustion cylinder already? compressed, therefore in values of approximately 100 bar. Therefore, without prejudice to the usually usable diameters, the return force that the spring would need to impart rises to values of a few thousand N, even greater than 5000 N.
Dunque, differenti soluzioni sono possibili per risolvere tale problema. Therefore, different solutions are possible to solve this problem.
Sarebbe possibile diminuire il diametro di sede e fungo, aumentando il numero di valvole. Chiaramente tale soluzione risulta ingombrante e costosa. It would be possible to decrease the diameter of the seat and mushroom by increasing the number of valves. Clearly this solution is cumbersome and expensive.
Inoltre, sarebbe possibile aumentare la resistenza delle molle utilizzando differenti leghe o differenti dimensioni. Anche tale soluzione aumenta molto i costi e gli ingombri in quanto, a causa dei carichi e del numero di cicli in gioco, sarebbe necessario produrre molle di dimensioni molto maggiori di quelle attuali ed in materiali pi? costosi. Furthermore, it would be possible to increase the strength of the springs by using different alloys or different sizes. This solution also greatly increases costs and dimensions since, due to the loads and the number of cycles involved, it would be necessary to produce springs of much larger dimensions than the current ones and in more durable materials. expensive.
In aggiunta, entrambe le soluzioni di cui sopra soffrono di rischi di aperture involontarie della valvola causate da problemi dinamici. Infatti, a causa delle elevate pressioni in gioco, una molla di tipo standard, chiudendosi, tenderebbe a rimbalzare oscillando. In addition, both of the above solutions suffer from risks of inadvertent valve openings caused by dynamic problems. In fact, due to the high pressures involved, a standard type spring, when closing, would tend to rebound and oscillate.
Infatti, dato che per consentire un corretto funzionamento del motore di tipo split-cycle ? necessario permettere il passaggio dell?aria in uno stretto intervallo temporale prossimo al punto morto superiore del cilindro di combustione, sarebbero presenti dei passaggi d?aria non consentiti che ne abbasserebbero l?efficienza. In fact, given that to allow correct operation of the split-cycle engine? It is necessary to allow the passage of air in a narrow time interval close to the top dead center of the combustion cylinder, there would be impermissible air passages which would lower its efficiency.
In alternativa ai sistemi sopra esposti, ? possibile utilizzare sistemi pneumatici o oleodinamici che tuttavia, al fine di superare le forze in gioco a causa delle pressioni in gioco nei motori di tipo split-cycle, necessitano maggiori pressioni di esercizio, risultano dunque pi? costosi e consumando pi? energia, riducendo dunque l?efficienza globale del sistema motore. As an alternative to the systems exposed above, ? It is possible to use pneumatic or hydraulic systems which, however, in order to overcome the forces involved due to the pressures involved in split-cycle type engines, require greater operating pressures and are therefore more expensive and consuming more? energy, thus reducing the overall efficiency of the engine system.
E? dunque sentita l?esigenza di fornire un sistema di controllo delle valvole per un cilindro di motore a combustione interna che sia preciso, economico e di basso ingombro. In particolare, ? sentita tale esigenza in un cilindro di motore a combustione di tipo split-cycle. AND? therefore felt the need to provide a valve control system for an internal combustion engine cylinder that is precise, economical and takes up little space. In particular, ? felt this need in a split-cycle combustion engine cylinder.
Scopo della presente invenzione ? soddisfare le esigenze sopra esposte in modo ottimizzato ed economico. Purpose of the present invention? satisfy the needs set out above in an optimized and economical way.
SOMMARIO DELL?INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION
Il suddetto scopo ? raggiunto da un sistema di controllo ed un motore come rivendicato nelle rivendicazioni allegate. The aforementioned purpose? achieved by a control system and a motor as claimed in the attached claims.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene descritta nel seguito una forma preferita di attuazione, a titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati nei quali: For a better understanding of the present invention, a preferred form of implementation is described below, by way of a non-limiting example and with reference to the attached drawings in which:
? Figura 1 ? una vista prospettica di un sistema di controllo per una valvola di cilindro motore secondo l?invenzione; ? Figure 1 ? a perspective view of a control system for an engine cylinder valve according to the invention;
? Figura 2 ? una vista laterale del sistema di controllo di figura 1; ? Figure 2 ? a side view of the control system of figure 1;
? Figura 3 ? una vista in sezione longitudinale del sistema di controllo di figura 2; ? Figure 3 ? a longitudinal sectional view of the control system of figure 2;
? Figura 4 ? una vista laterale del sistema di controllo di figura 1; ? Figure 4 ? a side view of the control system of figure 1;
? Figura 5 ? una vista prospettica di un sistema di controllo per una coppia di valvole di cilindro motore secondo l?invenzione; ? Figure 5 ? a perspective view of a control system for a pair of engine cylinder valves according to the invention;
? Figura 6 ? una vista in sezione longitudinale del sistema di controllo di figura 5; e ? Figure 6 ? a longitudinal sectional view of the control system of figure 5; And
? Figura 7 ? una vista laterale del sistema di controllo di figura 5. ? Figure 7 ? a side view of the control system in figure 5.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL?INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Nelle figure allegate ? rappresentata schematicamente una valvola 1 di aspirazione per un condotto di un sistema di cilindro 2, rappresentato meramente in modo schematico a fine esemplificativo, di un motore a combustione interna (non rappresentato), vantaggiosamente di tipo split-cycle. In the attached figures? schematically represented is an intake valve 1 for a duct of a cylinder system 2, represented merely schematically for exemplary purposes, of an internal combustion engine (not shown), advantageously of the split-cycle type.
Il sistema cilindro 2, come noto, definisce una sede 3 configurata per essere selettivamente otturata dalla valvola 1, illustrata in modo semplificato nelle figure allegate per chiarezza. The cylinder system 2, as known, defines a seat 3 configured to be selectively blocked by the valve 1, illustrated in a simplified manner in the figures attached for clarity.
La valvola 1, a tal fine, comprende una porzione a stelo 1b estendentesi lungo un asse A longitudinale ed una porzione otturatrice 1a portata da una porzione inferiore 1? della porzione a stelo 1b e configurata per cooperare selettivamente con la sede 3 per otturarla selettivamente in modo da permettere, o negare, il passaggio di aria compressa ad alta pressione, cio? ad esempio maggiore di 70-80 bar, all?interno del sistema cilindro 2. The valve 1, for this purpose, includes a stem portion 1b extending along a longitudinal axis A and a shutter portion 1a carried by a lower portion 1? of the rod portion 1b and configured to selectively cooperate with the seat 3 to selectively block it so as to allow, or deny, the passage of high pressure compressed air, i.e. for example greater than 70-80 bar, inside the cylinder 2 system.
La valvola 1 ? controllata tramite un sistema di controllo 5 secondo l?invenzione configurato per impartire una forza ad una porzione superiore della porzione a stelo 1b in modo da muovere linearmente l?asta 1b lungo l?asse longitudinale A passando da tra una prima configurazione, in cui la porzione a fungo 1b non coopera a contatto con la sede 3, permettendo il passaggio di fluido, ed una seconda configurazione in cui la porzione a fungo coopera a contatto con la sede 3, otturandola. Valve 1? controlled via a control system 5 according to the invention configured to impart a force to an upper portion of the rod portion 1b so as to linearly move the rod 1b along the longitudinal axis A passing between a first configuration, in which the mushroom portion 1b does not cooperate in contact with seat 3, allowing the passage of fluid, and a second configuration in which the mushroom portion cooperates in contact with seat 3, blocking it.
In particolare il sistema di controllo 5 comprende un dispositivo moltiplicatore di forza 6, un sistema a camma 7 configurato per comandare il dispositivo moltiplicatore di forza 6 per passare dalla seconda alla prima configurazione summenzionate ed un sistema di richiamo 8 configurato per comandare il dispositivo moltiplicatore di forza 6 per passare dalla prima alla seconda configurazione summenzionate. In particular, the control system 5 includes a force multiplier device 6, a cam system 7 configured to control the force multiplier device 6 to switch from the second to the first configuration mentioned above and a recall system 8 configured to control the force multiplier device force 6 to go from the first to the second configuration mentioned above.
Il dispositivo moltiplicatore di forza 6 ? collegato ad una porzione superiore 1?? dell?asta 1b della valvola 1 ed ? configurato per moltiplicare una forza impartita dal sistema a camma 7 o dal sistema di richiamo 8 per trascinare in movimento la valvola 1 lungo l?asse longitudinale A. The force multiplier device 6 ? connected to an upper portion 1?? of the rod 1b of the valve 1 and ? configured to multiply a force imparted by the cam system 7 or by the return system 8 to move the valve 1 along the longitudinal axis A.
In particolare, il dispositivo moltiplicatore di forza 6 ? alloggiato all?interno di una sede 11 definita da un supporto 12 configurato per essere collegato al motore del veicolo, ad esempio alla testata del motore (non illustrato). In particolare, nella forma di realizzazione illustrata, il supporto 12 pu? essere fissato alla testata motore tramite una coppia di occhielli 12? fissati al supporto 12 e vantaggiosamente realizzati di pezzo col medesimo. In particular, the force multiplier device 6? housed inside a seat 11 defined by a support 12 configured to be connected to the vehicle's engine, for example to the engine head (not shown). In particular, in the illustrated embodiment, the support 12 can be fixed to the engine head via a pair of eyelets 12? fixed to the support 12 and advantageously made integrally with the same.
La sede 11 ? vantaggiosamente sagomata, cos? come il supporto 12, a tazza, dunque lateralmente delimitata dalle pareti del supporto 12, aperta da un primo lato lungo l?asse longitudinale A e parzialmente aperta, tramite un?apertura coassiale all?asse A da parte opposta, atta ad alloggiare il parte del dispositivo moltiplicatore di forza 6 e della valvola 1. Headquarters 11? advantageously shaped, so? like the support 12, cup-shaped, therefore laterally delimited by the walls of the support 12, open on a first side along the longitudinal axis A and partially open, through an opening coaxial to the axis A on the opposite side, suitable for housing the part of the force multiplier device 6 and of the valve 1.
Vantaggiosamente, il dispositivo moltiplicatore di forza 6 comprende una vite a ricircolo di sfere 13 operativamente interposta tra il supporto 12 e la valvola 1 e controllata in rotazione dal sistema a camma 7 o dal sistema di richiamo 8 in modo da estrarre o estendere la valvola 1 rispetto alla sede 3. Advantageously, the force multiplier device 6 includes a recirculating ball screw 13 operatively interposed between the support 12 and the valve 1 and controlled in rotation by the cam system 7 or by the return system 8 so as to extract or extend the valve 1 compared to seat 3.
In particolare la vite a ricircolo di sfere 13 comprende una madrevite 14 alloggiata in modo rotazionalmente libero rispetto al supporto 12 ed una vite 15 alloggiata in modo libero alla traslazione lungo l?asse A ma bloccata alla rotazione rispetto al supporto 12. In particular, the ball screw 13 includes a nut 14 housed in a rotationally free manner with respect to the support 12 and a screw 15 housed in a free manner for translation along the axis A but blocked for rotation with respect to the support 12.
La madrevite 14 e la vite 15 cooperano tra loro tramite una pluralit? di sfere, come noto, circolanti all?interno di una filettatura 16 di passo P ricavata tra vite 14 e madrevite 15. The nut 14 and the screw 15 cooperate with each other through a plurality? of spheres, as known, circulating inside a thread 16 with pitch P obtained between screw 14 and nut 15.
In maggior dettaglio, la madrevite 14 ? alloggiata per la quasi totalit? nello spazio 11 ed ? supportata liberamente rispetto alla sede 12 per mezzo di mezzi volventi 17. Ad esempio, i mezzi volventi 17 possono comprendere due anelli di sfere volventi configurate per scorrere tra madrevite 14 e sede 12. In more detail, the nut 14 ? housed almost entirely? in space 11 and ? supported freely with respect to the seat 12 by means of rolling means 17. For example, the rolling means 17 can include two rings of rolling balls configured to slide between the nut 14 and the seat 12.
La vite 15 ? solidale alla valvola 1 ed in particolare ? fissata in modo solidale alla porzione superiore 1?? della valvola 1. Nella forma di realizzazione illustrata la vite 14 ? cava e definisce una sede 18 entro cui ? alloggiata la porzione superiore 1?? della valvola 1. Screw 15? integral with valve 1 and in particular ? fixed integrally to the upper portion 1?? of the valve 1. In the illustrated embodiment the screw 14? quarry and defines a seat 18 within which ? housed the upper portion 1?? of valve 1.
Quest?ultima ? vantaggiosamente collegata ad una estremit? della porzione superiore 1?? fuoriuscente dalle sede 18 alla vite 15 tramite un collegamento filettato 19, quale un dado di serraggio. This last one? advantageously connected to one end? of the upper portion 1?? protruding from the seat 18 to the screw 15 via a threaded connection 19, such as a tightening nut.
Ritornando alla madrevite 14, essa ? solidale ad una porzione di attuazione 21 estendentesi al di sopra del supporto 12, lungo l?asse A. La porzione d?attuazione 21 comprende essenzialmente un disco anulare 22 configurato per essere fissato alla madrevite 14 tramite, ad esempio, elementi filettati 23 e pi? preferibilmente concentrico all?asse longitudinale A. Returning to the nut 14, it is integral with an actuation portion 21 extending above the support 12, along the axis A. The actuation portion 21 essentially includes an annular disk 22 configured to be fixed to the nut 14 via, for example, threaded elements 23 and more ? preferably concentric to the longitudinal axis A.
La porzione d?attuazione 21 comprende inoltre un perno attuatore 24 estendentesi assialmente dal disco anulare 22 parallelamente rispetto all?asse longitudinale A ma radialmente distanziato da esso. Vantaggiosamente il perno attuatore 24 ? sagomato come un perno cilindrico. The actuation portion 21 further includes an actuator pin 24 extending axially from the annular disk 22 parallel to the longitudinal axis A but radially spaced from it. Advantageously, the actuator pin 24? shaped like a cylindrical pin.
Preferibilmente il perno attuatore 24 pu? comprendere una porzione interna 24? solidale al disco anulare 22 e preferibilmente realizzata di pezzo con esso ed una porzione esterna 24?? alloggiata attorno alla porzione interna 24? e configurata per cooperare a contatto con il sistema a camma 7 ed il sistema di richiamo 8. Preferably the actuator pin 24 can include an internal portion 24? integral with the annular disk 22 and preferably made integral with it and an external portion 24?? housed around the internal portion 24? and configured to cooperate in contact with the cam system 7 and the recall system 8.
Il sistema a camma 7 ed il sistema di richiamo 8 agiscono sul dispositivo moltiplicatore di forza 6, dunque sulla porzione esterna 24?? del perno attuatore 24, in modo collineare lungo un comune asse B perpendicolare all?asse longitudinale A e radialmente distanziato da esso fornendo rispettive forze di verso opposto tra di loro lungo l?asse B. The cam system 7 and the return system 8 act on the force multiplier device 6, therefore on the external portion 24?? of the actuator pin 24, in a collinear manner along a common axis B perpendicular to the longitudinal axis A and radially spaced from it, providing respective forces in the opposite direction to each other along the axis B.
In particolare, il sistema a camma 7 ed il sistema di richiamo 8 agiscono in modo da consentire una rotazione del dispositivo moltiplicatore di forza 6 lungo l?asse A in versi di rotazione opposti tra loro. Dunque, agiscono da parti opposte della porzione esterna 24?? del perno attuatore 24. In particular, the cam system 7 and the return system 8 act in such a way as to allow rotation of the force multiplier device 6 along the axis A in rotation directions opposite to each other. Therefore, they act as opposite sides of the external portion 24?? of the actuator pin 24.
Come di per s? noto, la rotazione lungo l?asse A permette un movimento della vite lungo l?asse A stesso in funzione della lunghezza del passo P. Secondo l?invenzione, ? sufficiente fornire uno o pochi millimetri di corsa della valvola 1, dunque, con un passo di una o poche decine di millimetri, ? possibile con una piccola corsa angolare attorno l?asse A controllare con precisione tale movimentazione della valvola 1. How in itself? known, the rotation along the axis A allows a movement of the screw along the axis A itself as a function of the pitch length P. According to the invention, it is it is sufficient to provide one or a few millimeters of travel of valve 1, therefore, with a pitch of one or a few tens of millimetres, it is possible with a small angular stroke around axis A to precisely control this movement of valve 1.
Al fine di fornire maggiore accoppiamento tra vite 14 e supporto 12 in modo da consentire la sola traslazione lungo l?asse A, il dispositivo moltiplicatore di forza 6 comprende altres? mezzi di bloccaggio 25 configurati per accoppiare alla rotazione la vite 14 ed il supporto 12. In order to provide greater coupling between screw 14 and support 12 so as to allow only translation along the A axis, the force multiplier device 6 also includes? locking means 25 configured to couple the screw 14 and the support 12 to rotation.
In maggior dettaglio, come visibile in figura 3, i mezzi di bloccaggio 25 comprendono un perno 26 configurato per inserirsi in una sede 27 ricavata tra la vite 14 e il supporto 12 in modo da estendersi lungo un asse perpendicolare all?asse A da parte a parte del supporto 12 a contatto con la vite 14. In greater detail, as visible in figure 3, the locking means 25 include a pin 26 configured to fit into a seat 27 obtained between the screw 14 and the support 12 so as to extend along an axis perpendicular to the axis A from side to part of the support 12 in contact with the screw 14.
I mezzi di bloccaggio 25 sono altres? configurati per limitare la corsa massima ammissibile, in entrambe le direzioni, lungo l?asse A della vite 14. The locking means 25 are also configured to limit the maximum permissible stroke, in both directions, along the A axis of screw 14.
A tal fine, vantaggiosamente, la sede 27 ha estensione, lungo la vite 14 nella direzione dell?asse longitudinale A maggiore del diametro del perno 26 e pari alla massima corsa ammissibile della vita 14 stessa, che pu? essere variate secondo limiti prefissati ed esigenze di progetto. To this end, advantageously, the seat 27 has an extension, along the screw 14 in the direction of the longitudinal axis A greater than the diameter of the pin 26 and equal to the maximum allowable stroke of the screw 14 itself, which can be varied according to pre-established limits and project needs.
Il sistema a camma 7 ?, come detto, configurato per portare il dispositivo moltiplicatore di forza 6 nella prima configurazione operativa dalla seconda condizione operativa. The cam system 7 is, as mentioned, configured to bring the force multiplier device 6 into the first operating configuration from the second operating condition.
Il sistema a camma 7 comprende essenzialmente un albero rotante 31 attorno ad un asse C perpendicolare agli assi A e B sopra menzionati ed una camma 32 solidale all?albero rotante 31 definente una porzione attuatrice 32? configurata per attuare il dispositivo moltiplicatore di forza 6 lungo l?asse B come sopra descritto. The cam system 7 essentially includes a rotating shaft 31 around an axis C perpendicular to the above-mentioned axes A and B and a cam 32 integral with the rotating shaft 31 defining an actuator portion 32? configured to actuate the force multiplier device 6 along the B axis as described above.
Vantaggiosamente il sistema a camma 7 comprende altres? una punteria 33 operativamente interposta tra la camma 32 e il dispositivo moltiplicatore di forza 6 vantaggiosamente realizzata come una punteria idraulica atta al recupero dei giochi. La punteria 33 ? vantaggiosamente portata dalla testata motore, anche se non illustrato per maggior chiarezza. Advantageously, the cam system 7 also includes a tappet 33 operationally interposed between the cam 32 and the force multiplier device 6 advantageously realized as a hydraulic tappet suitable for recovering the play. The tappet 33? advantageously carried by the engine head, even if not illustrated for greater clarity.
Il sistema di richiamo 8 comprende essenzialmente un dispositivo elastico 35 configurato per mantenere il dispositivo moltiplicatore di forza 6 nella seconda configurazione operativa. The recall system 8 essentially comprises an elastic device 35 configured to maintain the force multiplier device 6 in the second operating configuration.
In particolare, il dispositivo elastico 35 comprende una molla 36, vantaggiosamente una molla di tipo elicoidale coassiale all?asse B interposta tra la testata motore (non illustrata) e un perno di richiamo 37 configurato per cooperare a contatto con il perno attuatore 24. In particular, the elastic device 35 includes a spring 36, advantageously a helical type spring coaxial to the B axis placed between the motor head (not shown) and a return pin 37 configured to cooperate in contact with the actuator pin 24.
Il perno di richiamo 37 ? alloggiato in una sede solidale alla testata del motore ed ? mobile in essa lungo l?asse B sotto l?azione della molla 36 e del perno attuatore 24. The return pin 37 ? housed in a seat integral with the engine head and is mobile in it along the B axis under the action of the spring 36 and the actuator pin 24.
Il sistema di controllo 5 pu? ulteriormente comprendere un sistema di richiamo 41 configurato per fornire una forza alla valvola 1 atta a mantenerla nella seconda configurazione. The control system 5 can? further comprise a return system 41 configured to provide a force to the valve 1 capable of maintaining it in the second configuration.
Tale sistema di richiamo 41 ? ausiliario, seppur in misura minore, al dispositivo moltiplicatore di forza 6 ed ? utile in fase di montaggio della valvola 1 per evitarne la caduta nel sistema cilindro 2. This recall system 41 ? auxiliary, albeit to a lesser extent, to the force multiplier device 6 and ? useful when assembling valve 1 to prevent it from falling into the cylinder 2 system.
In particolare, il sistema di richiamo 41 comprende una molla 42 vantaggiosamente di tipo elicoidale ed alloggiata attorno alla valvola 1, preferibilmente coassiale all?asse longitudinale A, e configurata per cooperare, da un lato, con una porzione del sistema cilindro 2 e, dall?altro, con la porzione inferiore del dispositivo moltiplicatore di forza 6. In particular, the return system 41 includes a spring 42 advantageously of the helical type and housed around the valve 1, preferably coaxial to the longitudinal axis A, and configured to cooperate, on one side, with a portion of the cylinder system 2 and, on the ?other, with the lower portion of the force multiplier device 6.
Nelle figure da 5 a 7 ? illustrata una forma di realizzazione alternativa ove pi? valvole 1 sono controllate da rispettivi sistemi di controllo 5 come sopra descritti e dunque non ripetuti per brevit?. In figures 5 to 7? an alternative embodiment is illustrated where more valves 1 are controlled by respective control systems 5 as described above and therefore not repeated for brevity.
Come ben si evince dalle figure 6 e 7, in tale forma realizzativa, ? previsto un unico supporto 12 definente rispettive sedi 11 per alloggiare il relativo moltiplicatore di forza 6 per le due valvole 1. As can be seen from figures 6 and 7, in this embodiment, ? a single support 12 is provided defining respective seats 11 to house the relative force multiplier 6 for the two valves 1.
In particolare, il meccanismo a camme 7 comprende due camme 32 portate dal comune albero a camme 31 la cui porzione attuatrice 32? ? angolarmente disposta rispetto all?asse C secondo esigenze di progetto di fasatura dell?apertura della valvola 1. Coerentemente, dall?altra parte, il meccanismo di richiamo comprende due dispositivi elastici 35, uno per ciascuna camma 32. In particular, the cam mechanism 7 includes two cams 32 carried by the common camshaft 31 whose actuator portion 32? ? angularly arranged with respect to the C axis according to the project requirements for timing the opening of valve 1. Consistently, on the other hand, the return mechanism includes two elastic devices 35, one for each cam 32.
Sempre come visibile in figura 6 e 7, i perni attuatori 24 dei meccanismi moltiplicatori di forza 6 sono posti da parte opposta l?uno rispetto all?altro facendo riferimento al rispetto asse longitudinale A della rispettiva valvola 1. Inoltre, la filettatura 16 tra la vite 15 e la madrevite 14 di ciascuno dei meccanismi moltiplicatori di forza 6 ? di verso opposto. Dunque, la rotazione per attuare l?allungamento dello stelo 1a di una prima valvola 1 ? l?opposto dell?altra. Again as visible in figures 6 and 7, the actuator pins 24 of the force multiplying mechanisms 6 are placed on the opposite side to each other with reference to the longitudinal axis A of the respective valve 1. Furthermore, the thread 16 between the screw 15 and the lead screw 14 of each of the force multiplier mechanisms 6? in the opposite direction. Therefore, the rotation to effect the lengthening of the stem 1a of a first valve 1? the opposite of the other.
Il funzionamento della forma di realizzazione del sistema di controllo secondo l?invenzione sopra descritta ? il seguente. The operation of the embodiment of the control system according to the invention described above is the following.
In un ciclo di funzionamento del motore, come qui descritto split-cycle, la camma 32 viene portata in rotazione dall?albero 31 in funzione della rotazione angolare del motore andando con la porzione attuatrice 32? a sollecitare la punteria 33 che, recuperando i giochi, sollecita a sua volta il perno 24. La forza esercitata sul perno 24 supera la resistenza della forza esercitata dal dispositivo elastico 35 e mette in rotazione la madrevite 14 che a sua volta, ruotando, tenderebbe a far ruotar la vite 15. Tuttavia, a causa dei mezzi di bloccaggio 25, la vite 15 scorre dunque lungo l?asse A aprendo la sede 3 e permettendo il passaggio dell?aria verso il cilindro. In an engine operating cycle, as described here split-cycle, the cam 32 is rotated by the shaft 31 as a function of the angular rotation of the engine going with the actuator portion 32? to urge the tappet 33 which, by recovering the play, in turn urges the pin 24. The force exerted on the pin 24 overcomes the resistance of the force exerted by the elastic device 35 and sets the nut 14 in rotation which in turn, by rotating, would tend to rotate the screw 15. However, due to the blocking means 25, the screw 15 therefore slides along the axis A, opening the seat 3 and allowing the passage of the air towards the cylinder.
Quando la rotazione dell?albero 31 sposta la porzione attuatrice 32? dal contatto con la punteria 33, il dispositivo elastico 35 riporta, con la forza da esso esercitata, il perno 24 nella posizione iniziale, dunque ove la valvola 1 coopera con la sede 3 per non permettere il passaggio di aria verso il cilindro. When the rotation of the shaft 31 moves the actuator portion 32? from contact with the tappet 33, the elastic device 35 returns, with the force exerted by it, the pin 24 to the initial position, therefore where the valve 1 cooperates with the seat 3 to prevent the passage of air towards the cylinder.
Nella configurazione a due valvole, il funzionamento ? il medesimo ove, in particolare, il verso di rotazione del perno 24 ? opposto, andando cos? a compensare eventuali momenti ribaltanti. In the two-valve configuration, the operation is ? the same where, in particular, the direction of rotation of the pin 24 is? opposite, going like this? to compensate for any overturning moments.
Da quanto precede, risultano evidenti i vantaggi di un sistema di controllo secondo l?invenzione. From the foregoing, the advantages of a control system according to the invention are evident.
Grazie al sistema di controllo proposto ? possibile controllare in modo estremamente preciso e con molle che forniscono forze di attuazione standard l?apertura e la chiusura di una valvola per cilindro di motore a combustione interna. Thanks to the proposed control system? It is possible to control the opening and closing of a valve per cylinder of an internal combustion engine very precisely and with springs that provide standard actuation forces.
In particolare, grazie all?effetto di moltiplicazione di forza del dispositivo moltiplicatore 6, ? possibile controllare l?apertura della valvola con molle standard anche in presenza di elevate pressioni dell?aria in ingresso nel cilindro. Infatti, la forza d?attuazione fornita dal sistema a camma e dal sistema di richiamo viene moltiplicata dal dispositivo moltiplicatore 6 al fine di vincere le forze agenti sulla valvola 1. In particular, thanks to the force multiplication effect of the 6 multiplier device, it is It is possible to control the opening of the valve with standard springs even in the presence of high air pressures entering the cylinder. In fact, the actuation force provided by the cam system and the return system is multiplied by the multiplier device 6 in order to overcome the forces acting on the valve 1.
Grazie al fatto che viene utilizzato un sistema a ricircolo di sfere, di per s? irreversibile se non attuato come illustrato dalla madrevite, l?apertura e la chiusura risultano stabili alle fluttuazioni pressorie. Thanks to the fact that a recirculating ball system is used, in itself? irreversible if not implemented as illustrated by the nut, opening and closing are stable to pressure fluctuations.
Ancora, il sistema a ricircolo di sfere risulta estremamente preciso, anche per le basse corse utilizzate nel sistema qui descritto, di circa 1 o 2 mm, nonch? avente una lunga durata a fatica. Furthermore, the recirculating ball system is extremely precise, even for the low strokes used in the system described here, of around 1 or 2 mm, as well as? having a long fatigue life.
In particolare, l?attuazione tramite una camma punteria di tipo idraulico permette di recuperare eventuali giochi dovuti all?usura, dato che tali sistemi devono resistere a elevati numeri di cicli. In particular, the actuation via a hydraulic tappet cam allows for the recovery of any play due to wear, given that these systems must withstand high numbers of cycles.
Ancora, l?utilizzo di un sistema vite-madrevite rende possibile, variando il passo del sistema vite-madrevite, variare in modo semplice la forza necessaria da impartire dal dispositivo di richiamo, secondo le esigenze progettuali. Furthermore, the use of a screw-nut system makes it possible, by varying the pitch of the screw-nut system, to easily vary the necessary force to be imparted by the recall device, according to the design needs.
Inoltre, l?assetto a due valvole ? realizzato in modo da permettere l?alloggiamento all?interno dei due dispositivi elastici 35 dell?iniettore e da non interferire con il meccanismo per il controllo delle valvole d?uscita. Furthermore, the two-valve setup is made in such a way as to allow housing inside the two elastic devices 35 of the injector and not to interfere with the mechanism for controlling the output valves.
Risulta infine chiaro che al sistema di controllo secondo la presente invenzione possono essere apportate modifiche e varianti che tuttavia non escono dall?ambito di tutela definito dalle rivendicazioni. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the control system according to the present invention which however do not go outside the scope of protection defined by the claims.
Chiaramente ? possibile utilizzare dispositivi di moltiplicazione della forza differenti, quali ad esempio sistemi di vite senza fine oppure altri rotismi di equivalente funzione. Clearly? It is possible to use different force multiplication devices, such as for example worm screw systems or other gear trains with equivalent function.
Ancora, il sistema di camma od il sistema di richiamo rappresentati possono essere sostituiti da sistemi analoghi. Furthermore, the cam system or the recall system shown can be replaced by similar systems.
Chiaramente il sistema di controllo pu? essere modificato per controllare una, due o pi? valvole secondo le necessit? del sistema motore. Clearly the control system can? be modified to control one, two or more? valves as needed? of the engine system.
Ancora, sebbene particolarmente adatta ad un motore split-cycle, tale sistema di controllo potrebbe essere altres? utilizzato su un qualsiasi motore a combustione interna. Again, although particularly suited to a split-cycle engine, this control system could also be used on any internal combustion engine.
Claims (15)
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IT102021000030122A IT202100030122A1 (en) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | CONTROL SYSTEM OF A CYLINDER VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
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IT102021000030122A IT202100030122A1 (en) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | CONTROL SYSTEM OF A CYLINDER VALVE OF AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
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