IT8948691A1 - Testata per motori alternativi endotermici munita di almeno una valvola comandata sia per aspirazione sia per scarico. - Google Patents

Description

nizzata con l'albero motore.

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda una testata per motori alternativi endotermici munita di almeno una valvola comandata sia per aspirazione sia per scarico.

E' noto che, nei motori alternativi endotermici, una struttura particolarmente delicata ? quella della testata, specialmente quando si tratta di motori a ciclo Otto o a quattro tempi e quando si tratta di motori a ciclo Diesel.

Esistono infatti innumerevoli soluzioni per queste strutture dal punto di vista tecnico generale. Il gran numero di soluzioni, alcune ormai sorpassate e moltissime altre tuttora attuali, indica chiaramente che non ? stata ancora trovata una soluzione generale al problema in quanto sono in gioco numerosi fattori, spesso 1n contrasto tra loro dal punto di vista strettamente tecnico oppure in contrasto dal punto di vista economico.

Un problema nel problema, per la testata di motori endotermici del tipo citato, ? quello della gestione delle fasi di aspirazione e di scarico.

Usualmente, la gestione della aspirazione e dello scarico in questo tipo di motori viene effettuata con almeno due valvole, del tipo a fungo, comandate mediante camme, una per il controllo della fase di aspirazione ed una per il controllo della fase di scarico dei gas combusti.

Nei motori cosidetti "aspirati" ? molto importante il coefficiente di riempimento, cio? il minimizzare la resistenza al flusso dei gas in aspirazione, miscela aria-benzina nei motori Otto o aria nei motori Diesel. Per i motori di tipo economico si impiegano due valvole del genere citato, solitamente di uguale grandezza. Per i motori con prestazioni pi? elevate si impiegano valvole asimmetriche, ove quella di aspirazione ? pi? grande di quella di scarico, o anche disposizioni a valvole multiple, per esempio due valvole di aspirazione ed una valvola di scarico. In alcuni casi si ? anche arrivati a cinque valvole per cilindro.

Queste soluzioni, pur migliorando il problema del coefficiente di riempimento, aumentano enorme-^ mente la complessit? della testata, degli organi di comando della distribuzione nonch? i costi di produzione.

Relativamente di recente, sono stati sviluppati sistemi valvolari del tipo a lamelle 1n qualit? di valvole di non ritorno o unidirezionali costituite da lamelle metalliche elastiche che consentono un flusso unidirezionale di gas.

In linea di principio, mezzi a valvola a lamelle di non ritorno sono largamente impiegati nei compressori alternativi (a pistoni) per gas o aria. Nel motori endotermici alternativi ? stato suggerito l'impiego di valvole a lamelle (domanda di modello di utilit? N? 23141B/80 a nome Alfa Romeo S.p.A.; domande di brevetto N? 22886A/82 e N? 19397A/83 a nome Alfa Romeo Auto S.p.A.; domanda di brevetto N? 19766A/88 a nome Alfa Lancia Industriale S.p.A.; EP-A- 0268 339 a nome Adler S.p.A.) per il controllo del flusso dei gas di apirazione.

La presente invenzione fornisce una testata per motori alternativi endotermici, che comprende almeno una valvola comandata sia per aspirazione sia per scarico cooperante con una prima ed una seconda disposizione di valvole del tipo a lamelle in qualit? di valvole di non ritorno o unidirezionali costituite da lamelle elastiche, la prima disposizi?ne consentendo il transito verso il cilindro dei soli gas di aspirazione, la seconda consentendo l'uscita verso il collettore di scarico dei soli gas combusti, detta almeno una valvola essendo costituita da una valvola a fungo di tipo sostanzialmente convenzionale comandata da un albero a camme in rotazione sincronizzata con l'albero motore.

Convenientemente, la almeno una valvola ? disposta per cooperare con un seguicamma comandato da una camma ad un lobo, associata ad un albero a camme disposto per comandare l'apertura della almeno una valvola in corrispondenza della fase di aspirazione e della fase di scarico.

Secondo la presente invenzione, la testata pu? comprendere una ulteriore valvola comandata collegata ad un ulteriore condotto di aspirazione, la ulteriore valvola essendo associata ad un ulteriore albero a camme disposto per comandare la sua apertura durante la fase di aspirazione.

In tal caso, vantaggiosamente, il collettore di aspirazione collegato a detta almeno una valvola e il collettore di aspirazione collegato alla ulteriore valvola sono collegati in modo commutabile a primi e secondi mezzi di carburazione.

La struttura della testata secondo la presente invenzione sar? meglio compresa facendo riferimento alle figure dei disegni allegati, che rappresentano due forme di realizzazione date a solo titolo illustrativo e non limitativo, in cui:

le Figure 1,2, 3 e 4 mostrano in successione la disposizione di testata della presente invenzione rispettivamente nelle fasi di aspirazione, compressione al punto morto superiore, scoppio o combustione e scarico di una prima forma di realizzazione;

le Figure 5, 6, 7 e 8 mostrano in successione una seconda forma di realizzazione della testata della presente invenzione, rispettivamente nelle fasi di aspirazione, compressione al punto morto superiore, scoppio o combustione e scarico; e

la Figura 9 mostra schematicamente la fasatura delle valvole in motori a scoppio convenzionali ed in motori a scoppio secondo la prima e la seconda forma di realizzazione della presente invenzione.

Si deve notare che i disegni delle forme di realizzazione rappresentate si riferiscono in particolare ad un motore a scoppio (ciclo Otto). Varianti ovvie ad un esperto del ramo permettono di passare con facilit? al funzionamento a ciclo Diesel.

Con riferimento alla Figura 1, un tipico motore a quattro tempi comprende un blocco cilindri 1, sul quale ? ricavato o riportato un cilindro 2 entro il quale scorre un pistone 3 accoppiato in modo noto tramite uno spinotto 4 ed una biella 5 all?albero motore (non rappresentato).

La testata indicata nel suo complesso in 6 comprende una camera 7, ad esempio emisferica, recante una sede 8 per il fungo 9 di una valvola 10 di struttura nota. La valvola 10 ? associata a mezzi convenzionali a molla e seguicamma indicati rispettivamente in 11, 12 che cooperano con una camma 13 solidale con un albero a camme 14. Allo spazio di azione della valvola 10 convergono un condotto di aspirazione 15 ed un condotto di scarico 16, collegati rispettivamente in 17, 18 ai collettori di aspirazione e di scarico convenzionali non mostrati.

Nelle zone 17, 18 sono collocate valvole a lamelle di non ritorno indicate nel loro complesso in 19, 20 comprendenti un corpo e rispettivamente lamelle 21, 22 disposte per consentire il flusso solamente nel verso delle frecce FA, FS.

Il funzionamento della disposizione secondo l'invenzione risulta chiaramente dai disegni allegati. Nella fase di lavoro mostrata in Figura 1, la camma 13 mantiene aperta la valvola 10. La depressione che si crea nel cilindro 2 per il movimento verso il basso del pistone 3 provoca la apertura delle lamelle 21 della valvola 19 e la miscela ariabenzina pu? entrare nel cilindro 2 come indicato dalle frecce. Al cessare della depressione, quando il pistone 3 arriva al punto morto inferiore, terminati i transitori dovuti all'inerzia della massa aria-benzina, le lamelle 21 si chiudono e si chiude anche la valvola 10 per la rotazione dell'albero a camme 14. Alla fine della corsa di compressione, la situazione ? quella mostrata in Figura 2 in cui tutte le valvole sono chiuse.

Dopo la fase di compressione, avviene la fase di scoppio illustrata in Figura 3, ove si nota che la camma 13 proseguendo nella sua rotazione, in senso antiorario come mostrato nei disegni, sta per aprire la valvola 10. La apertura della valvola 10 avviene durante la corsa di scarico come mostrato in Figura 4. Nella situazione di Figura 4, si apriranno le lamelle 22 della valvola 20 a lamelle, mentre le lamelle 21 della valvola 19 a lamelle rimangono chiuse per effetto della contropressione che esiste nello spazio di azione della valvola 10. I gas combusti escono quindi verso il collettore di scarico come indicato in Figura 4.

Chiaramente, qualora si desideri una diversa fasatura tra comando di aspirazione e scarico, si potrebbero prevedere mezzi per variare la sensibilit? delle valvole a lamelle.

Nelle Figure da 5 a 8 ? mostrata una variante della forma di realizzazione precedentemente descritta. Nella variante mostrata nelle suddette Figure da 5 a 8, parti corrispondenti a quelle delle Figure da 1 a 4 verranno indicate con gli stessi numeri di riferimento muniti di apice (').

In questa forma di realizzazione, ? prevista una valvola di aspirazione ausiliaria di tipo classico per aumentare ulteriormente il coefficiente di riempimento del motore a combustione interna. La disposizione di questa valvola di aspirazione ausiliaria permette di aumentare il coefficiente di riempimento in misura molto maggiore rispetto alle disposizioni plurivalvola note in quanto la valvola comandata a doppia funzione aspirazione/scarico permette di avere luci di aspirazione con area attiva molto superiore a quella possibile con le valvole a funzione separata (aspirazione e scarico) delle disposizioni note.

Come si pu? notare in Figura 5, la testata comprende una struttura identica a quella precedentemente descritta in riferimento alle Figure da 1 a 4. A questa struttura si aggiunge un collettore di aspirazione addizionale indicato in 50, cooperante con una valvola a fungo 51 comandata da una camma 52 solidale ad un secondo albero a camme 53. La molla di richiamo ed il seguicamma 54 della valvola a fungo 51 si intravedono dietro il condotto di scarico 16'.

Durante il funzionamento, il fungo 9' della valvola indicata nel suo complesso con 10' e gli organi ad esso associati operano come descritto precedentemente con riferimento alle Figure da 1 a 4.

Nella costruzione di cui alle Figure da 5 a 8, durante la fase di aspirazione, oltre alla valvola IO1, entra in funzione la valvola a fungo 51 comandata dalla camma 52.

Si deve notare che la fasatura del moto della valvola a fungo 51 pu? essere diversa da quella della valvola 10' al fine di migliorare ulteriormente 11 rendimento di aspirazione, dato che la valvola a fungo 51 non ? legata ai vincoli precedentemente menzionati per la valvola 10'.

Con questa disposizione, la fasatura della valvola 10' pu? essere predisposta per ottimizzare il suo rendimento nella fase di scarico; la penalizzazione che ne deriva per la fase di aspirazione pu? essere compensata agendo sulla fasatura della valvola 51. In effetti, la disposizione a doppia valvola 10', 51 consente ottimizzazioni che non sarebbero possibili con i motori convenzionali. Ci? deriva dal fatto che, sia pure con i moderni mezzi di calcolo, ? praticamente impossibile predeterminare per via matematica le condizioni di funzionamento ottimale e che per conseguenza la messa a punto finale di un motore ? oggetto di procedure sperimentali che devono tener conto di numerosi fattori che non possono essere ridotti ad un semplice modello matematico.

I cicli successivi del ciclo Otto sono mostrati in sequenza nelle Figure 5, 6, 7, 8, con le fasi rispettivamente di aspirazione, compressione, scoppio e scarico e non si ritiene necessaria una loro spiegazione dettagliata. Parimenti, anche se si ? fatto riferimento al ciclo Otto, la disposizione delle Figure da 5 a 8 pu? essere utilizzata per motori a ciclo Diesel.

Nella Figura 9 ? illustrata, a titolo esemplificativo, la fasatura delle valvole in motori a scoppio convenzionali ed in motori a scoppio secondo la prima e la seconda forma d1 realizzazione della presente invenzione.

In questa figura, le abbreviazioni hanno il seguente significato:

A = aspirazione

C = compressione

Sp = scoppio

Se = scarico.

Nella riga I ? mostrata la sequenza delle fasi per un motore convenzionale.

Nelle righe II ? mostrata con tratto pi? marcato la "alzata" delle valvole di aspirazione e scarico in un motore convenzionale.

Nella riga III ? mostrata la "alzata" della valvola a doppia funzione secondo l'invenzione, ove l'ansa indica le aperture delle valvole a lamelle di aspirazione e scarico.

Le righe III e IV, considerate insieme, indicano il funzionamento della seconda forma di realizzazione dell'invenzione, e la riga IV indica la "aizzata" della valvola di aspirazione ausiliaria.

Va inoltre notato che, con la disposizione di cui alle Figure da 5 a 8, nel caso di motore a ciclo Otto, il collettore di aspirazione 17* o il collettore di aspirazione 50 possono essere collegati a mezzi di carburazione o iniezione diretta attivabili separatamente, a seconda del fatto che il motore debba erogare potenza ridotta oppure piena potenza, ottimizzando quindi nei due casi la carburazione, migliorando il rendimento e diminuendo i consumi specifici.

Ancora, con la disposizione secondo l'invenzione delle Figure da 1 a 4 e delle Figure da 5 a 8, si pu? migliorare 11 rendimento di un motore endotermico ottenendo, a seconda dei fini di progetto, una maggiore potenza oppure, a parit? di potenza, un minore consumo.

Infine, va considerato il fatto che, con la disposizione secondo l'invenzione, grazie al migliore rendimento complessivo, per motori a ciclo Otto si pu? ridurre il rapporto di compressione permettendo senza problemi l'impiego di carburanti a basso numero di ottani (senza piombo) o miscelati con etanolo, con i noti vantaggi economici ed ambientali.

La presente invenzione ? stata descritta in riferimento a sue forme d1 realizzazione attualmente preferite riportate a titolo illustrativo e non limitativo e si intende che ad esse potranno essere apportate in pratica varianti e modifiche da parte di un esperto del ramo senza uscire dall'ambito di protezione della presente privativa industriale.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Testata per motori alternativi endotermici, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno una valvola comandata sia per aspirazione sia per scarico cooperante con una prima ed una seconda disposizione di valvole del tipo a lamelle in qualit? di valvole di non ritorno o unidirezionali costituite da lamelle elastiche, la prima disposizione consentendo il transito verso il cilindro dei soli gas di aspirazione, la seconda consentendo l'uscita verso il collettore di scarico dei soli gas combusti (di scarico), detta almeno una valvola essendo costituita da una valvola a fungo di tipo sostanzialmente convenzionale comandata da un albero a camme in rotazione sincronizzata con l?albero motore.
2. 2. Testata secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che la almeno una valvola ? disposta per cooperare con un seguicamma comandato da una camma ad un lobo, associata ad un albero a camme disposto per comandare l'apertura della almeno una valvola in corrispondenza della fase di aspirazione e della fase di scarico.
3. 3. Testata secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto di comprendere una ulteriore valvola comandata collegata ad un ulteriore condotto di aspirazione, la ulteriore valvola essendo associata ad un ulteriore albero a camme disposto per comandare la sua apertura durante la fase di aspirazione.
4. 4. Testata secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che il collettore di aspirazione collegato a detta almeno una valvola e il collettore di aspirazione collegato alla ulteriore valvola sono collegati in modo commutabile a primi e secondi mezzi di carburazione.
5. 5. Testata secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzata dal fatto di operare secondo il ciclo Otto.
6. 6. Testata secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzata dal fatto di operare secondo il ciclo Diesel
7. 7. Testata per motori alternativi endotermici secondo una o pi? delle rivendicazioni precedenti, sostanzialmente come descritta ed illustrata.