ITAN20110070A1 - HIGH EFFICIENCY CYLINDER AND PISTON UNIT AND ENGINE, PUMP OR COMPRESSOR INCLUDING SUCH GROUP. - Google Patents
HIGH EFFICIENCY CYLINDER AND PISTON UNIT AND ENGINE, PUMP OR COMPRESSOR INCLUDING SUCH GROUP. Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo: accompanying a patent application for an industrial invention entitled:
“GRUPPO CILINDRO E PISTONE AD ELEVATA EFFICIENZA E MOTORE, POMPA O COMPRESSORE COMPRENDENTE TALE GRUPPO”. "HIGH EFFICIENCY CYLINDER AND PISTON GROUP AND MOTOR, PUMP OR COMPRESSOR INCLUDING THIS GROUP".
TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION
La presente invenzione si riferisce ad un gruppo cilindro e pistone ad elevata efficienza. The present invention refers to a high efficiency cylinder and piston assembly.
Come è noto i cilindri ed i pistoni sono ampiamente utilizzati sia nell’ ambito dei motori a scoppio (sia a ciclo otto che diesel) sia nel campo meccanico delle pompe, dei compressori o simili. As is known, cylinders and pistons are widely used both in the field of internal combustion engines (both eight cycle and diesel) and in the mechanical field of pumps, compressors or the like.
Il lavoro necessario allo spostamento del pistone nel cilindro viene sottratto, nel caso dei motori, al lavoro utile prodotto dalla reazione di combustione della miscela di combustibile/comburente; nel caso delle pompe volumetriche o compressori a pistoni per l'aria tale lavoro viene invece sottratto a quello fornito tipicamente da un motore elettrico. In the case of engines, the work necessary to move the piston in the cylinder is subtracted from the useful work produced by the combustion reaction of the fuel / comburent mixture; in the case of volumetric pumps or piston compressors for air, this work is instead subtracted from that typically provided by an electric motor.
Ne consegue quindi che tutti gli accorgimenti atti a ridurre, anche se di poco, tale lavoro si riflettono con conseguenze positive sul risparmio di energia, ovvero, nel caso dei motori a scoppio con un risparmio di carburante, e nel caso di pompe e compressori con un risparmio dell'energia elettrica da fornire al motore che aziona il pistone. It therefore follows that all the measures aimed at reducing, even if slightly, this work are reflected with positive consequences on energy saving, that is, in the case of internal combustion engines with fuel savings, and in the case of pumps and compressors with a saving of the electricity to be supplied to the motor that drives the piston.
Un'altra considerazione merita poi di essere menzionata: anche una piccola riduzione di tale lavoro, in un ciclo, si traduce in un risparmio che potrebbe essere non secondario nel caso di funzionamento prolungato. Another consideration deserves to be mentioned: even a small reduction of this work, in one cycle, translates into a saving that could not be secondary in the case of prolonged operation.
Alla luce quanto sopra e delle recenti problematiche in tema di problemi energetici ed inquinamento, diventa quindi interessante qualunque soluzione in grado di ridurre i consumi degli apparati meccanici. In light of the above and the recent problems regarding energy problems and pollution, any solution capable of reducing the consumption of mechanical equipment becomes interesting.
La presente invenzione ha come scopo principale quello di ideare un gruppo cilindro e pistone ad elevata efficienza. The main purpose of the present invention is to devise a high efficiency cylinder and piston unit.
Tale scopo viene raggiunto da un cilindro ed un pistone come descritti nella prima rivendicazione allegata. This object is achieved by a cylinder and a piston as described in the first attached claim.
L'idea che sta alla base della presente invenzione è quella di utilizzare la forza prodotta da almeno due dispositivi magnetici, di cui almeno uno di polarità variabile, posizionati uno sul pistone e l’altro sul cilindro; essendo detti dispositivi atti a generare un campo magnetico contribuiscono a fornire energia atta a ridurre il lavoro richiesto allo scorrimento del pistone alfintemo cilindro. The idea behind the present invention is to use the force produced by at least two magnetic devices, of which at least one of variable polarity, positioned one on the piston and the other on the cylinder; being said devices suitable for generating a magnetic field, they contribute to supplying energy suitable for reducing the work required for the sliding of the piston to the entire cylinder.
Un primo oggetto della presente invenzione è pertanto un gruppo comprendente un cilindro ed un pistone provvisto di mezzi di generazione di campi magnetici variabili azionabili per coadiuvare lo spostamento del pistone nel cilindro. A first object of the present invention is therefore a unit comprising a cylinder and a piston provided with means for generating variable magnetic fields which can be operated to assist in the displacement of the piston in the cylinder.
Un ulteriore oggetto della presente invenzione è un motore provvisto di almeno un tale gruppo cilindro e pistone. A further object of the present invention is an engine provided with at least one such cylinder and piston assembly.
Un ulteriore oggetto della presente invenzione è una pompa volumetrica provvista di almeno un tale gruppo cilindro e pistone A further object of the present invention is a volumetric pump provided with at least one such cylinder and piston assembly
Ancora un ulteriore oggetto della presente invenzione è un compressore provvisto di almeno un tale gruppo cilindro e pistone. Still a further object of the present invention is a compressor provided with at least one such cylinder and piston assembly.
Altre caratteristiche ed ulteriori vantaggi saranno più chiari da un esempio di realizzazione del trovato con riferimento alle figure allegate che mostrano un esempio di realizzazione, in cui: Other characteristics and further advantages will be clearer from an embodiment of the invention with reference to the attached figures which show an embodiment, in which:
- la fig. 1 è una vista schematica di una sezione di un motore a scoppio provvisto di un cilindro ed un pistone secondo la presente invenzione in una prima fase di funzionamento; - fig. 1 is a schematic view of a section of an internal combustion engine provided with a cylinder and a piston according to the present invention in a first phase of operation;
- la fig. 2 è una vista schematica di una sezione del motore a scoppio di figura 1 in una seconda fase di funzionamento; - la fig. 3 è un dettaglio in esploso di un esempio di pistone secondo la presente invenzione; - fig. 2 is a schematic view of a section of the internal combustion engine of Figure 1 in a second phase of operation; - fig. 3 is an exploded detail of an example of a piston according to the present invention;
- la fig. 4 è un ‘assonometria che mostra una porzione di un cilindro secondo la presente invenzione. - fig. 4 is an axonometry showing a portion of a cylinder according to the present invention.
Con riferimento alle figure allegate, il cilindro (1) ed il pistone (2) secondo la presente invenzione sono qui del tipo montato in un motore a scoppio, nella fattispecie di un motore a ciclo otto: a tal fine il cilindro (1) comprende una camera definita da pareti perimetrali in cui scorre il pistone (2). With reference to the attached figures, the cylinder (1) and the piston (2) according to the present invention are here of the type mounted in an internal combustion engine, in this case an eight-cycle engine: for this purpose the cylinder (1) comprises a chamber defined by perimeter walls in which the piston (2) slides.
Ovviamente si fa notare sin d'ora che in modo equivalente (eventualmente con pochi e secondari accorgimenti comunque alla portata del tecnico del ramo) gli insegnamenti che verranno discussi qui di seguito possono essere applicati senza alcuno sforzo inventivo ad una combinazione di cilindro e pistone per motori a ciclo diesel, pompe, compressori o simili. Obviously, it should be noted from now on that in an equivalent way (possibly with a few and secondary precautions, however within the reach of the person skilled in the art), the teachings that will be discussed below can be applied without any inventive effort to a combination of cylinder and piston for diesel cycle engines, pumps, compressors or similar.
Tornando all'esempio fornito, si nota che, in accordo agli insegnamenti qui fomiti, il gruppo comprende almeno una coppia di mezzi magnetici (11,21 ; 12,22 ; 13,23) costituita da almeno un primo dispositivo magnetico (11,12,13) associato a detto cilindro (1) ed un secondo dispositivo magnetico (21,22,23) associato a detto pistone (2); essendo previsto che almeno un dispositivo magnetico (11,12,13,21,22,23) di detta coppia di mezzi magnetici (11,21 ; 12,22 ; 13,23) è un magnete a polarità variabile; essendo detta coppia di mezzi magnetici atta ad operare per coadiuvare lo spostamento di detto pistone in detta camera. Returning to the example provided, it is noted that, in accordance with the teachings provided here, the group comprises at least one pair of magnetic means (11,21; 12,22; 13,23) consisting of at least one first magnetic device (11,12 , 13) associated with said cylinder (1) and a second magnetic device (21,22,23) associated with said piston (2); it being provided that at least one magnetic device (11,12,13,21,22,23) of said pair of magnetic means (11,21; 12,22; 13,23) is a variable polarity magnet; said pair of magnetic means being able to operate to assist the displacement of said piston in said chamber.
Il campo magnetico altemabile così generato coadiuva lo spostamento del pistone (2) nel cilindro (1) contribuendo a fornire almeno parte dell'energia necessaria per tale movimento. The altemable magnetic field thus generated assists the displacement of the piston (2) in the cylinder (1) helping to supply at least part of the energy necessary for this movement.
Con il termine “magnete a polarità variabile” si intende qui indicare un qualsiasi magnete o dispositivo magnetico la cui polarità Nord-sud può essere invertita, ad esempio un opportuno elettromagnete o una coppia di elettromagneti affiancati o simili soluzioni che permettono di poter far variare la polarità Nord-Sud del magnete a polarità variabile a seconda delle esigenze. With the term "variable polarity magnet" we mean here any magnet or magnetic device whose North-South polarity can be inverted, for example a suitable electromagnet or a pair of side-by-side electromagnets or similar solutions that allow you to vary the North-South polarity of the magnet with variable polarity according to the needs.
In questo modo il campo magnetico che si genera tra il magnete a polarità variabile e quello a polarità fissa è diretto in un senso o nell'altro (attrazione o repulsione) per esplicare i suoi effetti in opportuni momenti durante la risalita o la discesa del pistone (2). In this way the magnetic field that is generated between the variable polarity magnet and the fixed polarity one is directed in one direction or the other (attraction or repulsion) to exert its effects at appropriate moments during the ascent or descent of the piston. (2).
Più in dettaglio il campo magnetico alteabile che si genera attrae il pistone (2) verso il cielo del cilindro (1) nella fase di risalita del pistone (2) e lo respinge nella fase di discesa di quest'ultimo. More in detail, the highly stable magnetic field that is generated attracts the piston (2) towards the cylinder top (1) in the rising phase of the piston (2) and rejects it in the descent phase of the latter.
La detta coppia di mezzi magnetici (11,21 ; 12,22 ; 13,23) può essere, in generale, montata su qualunque superficie o parte del cilindro (1) e del pistone (2). The said pair of magnetic means (11,21; 12,22; 13,23) can in general be mounted on any surface or part of the cylinder (1) and of the piston (2).
Secondo una versione preferita, detta coppia di mezzi magnetici (11,21) è disposta così che almeno il cielo del cilindro (1) sia provvisto di un primo dispositivo magnetico (11) cooperante con un secondo dispositivo magnetico (21) associato alla testa del pistone (2). According to a preferred version, said pair of magnetic means (11,21) is arranged so that at least the top of the cylinder (1) is provided with a first magnetic device (11) cooperating with a second magnetic device (21) associated with the head of the piston (2).
In questo modo il lavoro necessario per lo spostamento del pistone (2) nel cilindro (1) è almeno in parte fornito dall'energia magnetica della prima coppia di mezzi magnetici (11,21) che attrae, o respinge, a seconda dei casi, il pistone In this way the work necessary for the displacement of the piston (2) in the cylinder (1) is at least partly provided by the magnetic energy of the first pair of magnetic means (11,21) which attracts or repels, as appropriate, the piston
(2). (2).
Ovviamente, in linea di principio i dispositivi magnetici a polarità altemabile potrebbero essere sia quelli (11) associati al cielo del cilindro (1), oppure quelli (21) associati al pistone (2), senza per questo che la situazione cambi sostanzialmente. Obviously, in principle, the magnetic devices with alternating polarity could be either those (11) associated with the cylinder crown (1), or those (21) associated with the piston (2), without thereby substantially changing the situation.
Alternativamente entrambi i mezzi magnetici (11,21) possono essere a polarità variabile. Alternatively, both magnetic means (11,21) can be of variable polarity.
Secondo una forma esecutiva vantaggiosa è prevista una coppia di mezzi magnetici (12,22) comprendente un primo dispositivo magnetico (12) posto su un collare realizzato sul lato aperto del cilindro rivolto verso il basamento (ossia dal lato opposto del cielo) ed un secondo dispositivo magnetico (22) associato al pistone (2) e posto nella parte bassa di quest'ultimo (in una porzione opposta a quella di testa), con un funzionamento analogo a quello appena descritto per ottenere lo stesso risultato vantaggioso in termini di risparmio energetico. According to an advantageous embodiment, a pair of magnetic means (12,22) is provided comprising a first magnetic device (12) placed on a collar made on the open side of the cylinder facing the base (i.e. on the opposite side of the top) and a second magnetic device (22) associated with the piston (2) and placed in the lower part of the latter (in a portion opposite to that of the head), with an operation similar to that described above to obtain the same advantageous result in terms of energy saving .
In talune soluzioni è prevista solo questa coppia (12,22) di mezzi magnetici, in altre soluzioni più efficienti invece questa coppia è combinata con la coppia (11,21) descritta più sopra (come nel caso illustrato nelle figure). In some solutions only this pair (12,22) of magnetic means is provided, in other more efficient solutions this pair is combined with the pair (11,21) described above (as in the case illustrated in the figures).
Ancora un'altra variante prevede che vi sia una ulteriore coppia di mezzi magnetici, comprendente un primo dispositivo magnetico (23) associato alle pareti laterali del cilindro (1) ed un secondo dispositivo magnetico (13) associato alle pareti laterali del pistone (2): la funzione di questi terzi mezzi magnetici è inoltre quella di mantenere il pistone (2) esattamente centrato nel cilindro (1), diminuendo gli attriti eventualmente presenti e consentendo così un ulteriore risparmio di energia. Yet another variant provides that there is a further pair of magnetic means, comprising a first magnetic device (23) associated with the side walls of the cylinder (1) and a second magnetic device (13) associated with the side walls of the piston (2) : the function of these third magnetic means is also that of keeping the piston (2) exactly centered in the cylinder (1), reducing any frictions present and thus allowing further energy savings.
In una soluzione particolarmente vantaggiosa tutti i dispositivi magnetici (21,22,23) associati al pistone (2) sono magneti permanenti, ovvero a polarità fissa, mentre quelli (11,12,13) associati al cilindro (1) sono a polarità variabile, ad esempio elettromagneti che a seconda della alimentazione elettrica invertono la polarità, così da ottenere i risultati sopra discussi. In a particularly advantageous solution, all the magnetic devices (21,22,23) associated with the piston (2) are permanent magnets, i.e. with fixed polarity, while those (11,12,13) associated with the cylinder (1) are of variable polarity , for example electromagnets which, depending on the power supply, invert polarity, so as to obtain the results discussed above.
Ovviamente, in linea di principio, si può pensare di realizzare una soluzione opposta (dispositivi a polarità variabile associati al pistone e dispositivi a polarità fissa associati al cilindro), che, pur avendo gli stessi vantaggi in termini di una riduzione dei consumi energetici complessivi sostanzialmente identica al caso opposto prima discusso, presenta tuttavia una certa complessità di fabbricazione perché è necessario prevedere delle connessioni elettriche che si muovono ad alta velocità seguendo il moto del pistone (2) per poter alimentare gli elettromagneti su di esso montati. Obviously, in principle, an opposite solution can be thought of (variable polarity devices associated with the piston and fixed polarity devices associated with the cylinder), which, while having the same advantages in terms of a substantially reduced overall energy consumption. identical to the opposite case discussed above, however, it presents a certain manufacturing complexity because it is necessary to provide electrical connections that move at high speed following the motion of the piston (2) in order to power the electromagnets mounted on it.
Sono poi possibili numerose varianti a quanto sino ad ora insegnato. Numerous variations are also possible to what has been taught up to now.
Ad esempio i dispositivi magnetici (11,12,13,21,22,23) di ciascuna coppia (11,12;13,21;22,23) possono essere integrati nella struttura del cilindro (1) o del pistone (2) oppure possono essere di pezzo con questi: in quest'ultimo caso è sufficiente realizzare cilindro (1) e/o pistone (2) con un materiale opportuno. For example the magnetic devices (11,12,13,21,22,23) of each pair (11,12; 13,21; 22,23) can be integrated in the structure of the cylinder (1) or of the piston (2) or they can be one piece with these: in the latter case it is sufficient to make cylinder (1) and / or piston (2) with a suitable material.
Con particolare riferimento alla figura 2, una soluzione particolarmente vantaggiosa prevede che il pistone (2) sia realizzato con tre strati: uno centrale in carbonio provvisto di dispositivi magnetici (23) e due strati ad esso sovrapposti su entrambi i lati provvisti di altri dispositivi (21,22) di ciascuna coppia. With particular reference to figure 2, a particularly advantageous solution provides that the piston (2) is made with three layers: a central carbon layer equipped with magnetic devices (23) and two layers superimposed on it on both sides provided with other devices ( 21.22) of each pair.
Questa soluzione, oltre a presentare i vantaggi prima discussi, presenta anche un peso estremamente contenuto, così da ridurre il lavoro necessario a garantirne il movimento. This solution, in addition to presenting the advantages discussed above, also has an extremely low weight, so as to reduce the work necessary to guarantee its movement.
Si raggiungono in questo modo gli scopi sopra prefissati. In this way, the aforementioned aims are achieved.
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