ITBO20130665A1 - Metodo per la disattivazione ciclica dei cilindri di un motore a combustione interna durante l'utilizzo a carico parzializzato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

“METODO PER LA DISATTIVAZIONE CICLICA DEI CILINDRI DI UN MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA DURANTE L'UTILIZZO A CARICO PARZIALIZZATO”

SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione è relativa ad un metodo per la disattivazione ciclica dei cilindri di un motore a combustione interna durante l’utilizzo a carico parzializzato.

ARTE ANTERIORE

Un motore a combustione interna per autotrazione comprende normalmente una pluralità di cilindri, i quali sono disposti in linea in una unica bancata oppure sono suddivisi in due bancate tra loro angolate. Generalmente i motori presentanti una cilindrata relativamente ridotta (tipicamente fino a due litri) hanno un limitato numero di cilindri (normalmente quattro, ma anche tre o cinque) disposti in linea in una unica bancata; al contrario i motori presentanti una cilindrata elevata (oltre i due litri) hanno un maggiore numero di cilindri (sei, otto, dieci o dodici) suddivisi in due bancate tra loro angolate (l’angolo tra le bancate è generalmente compreso tra 60° e 180°).

Un motore di cilindrata elevata (oltre i due litri) è in grado di generare una potenza massima elevata, la quale, tuttavia, durante la normale guida su strada viene raramente sfruttata; particolarmente durante la guida in città, il motore deve generare una potenza molto limitata, la quale, nel caso di un motore di cilindrata elevata, è una frazione limitata della potenza massima (o potenza nominale). E’ inevitabile che quando un motore di cilindrata elevata eroga un potenza limitata (ovvero a basso carico), tale erogazione di potenza avvenga sia con un rendimento relativamente basso, sia con maggiore emissione di inquinanti, in quanto la cilindrata complessiva risulta ampiamente sovradimensionata.

In un motore di cilindrata elevata è stato proposto di disattivare una parte (generalmente metà) dei cilindri quando al motore viene richiesto di generare una potenza limitata (ovvero a basso carico); in questo modo, i cilindri che rimangono in funzione possono operare in condizioni più favorevoli aumentando il rendimento complessivo del motore e riducendo l’emissione di inquinanti.

In accordo con le metodologie attualmente note, per disattivare un cilindro viene tagliata l’iniezione nel cilindro (cioè non viene pilotato il corrispondente iniettore) e vengono mantenute in posizione di chiusura sia le corrispondenti valvole di aspirazione, sia le corrispondenti valvole di scarico (in questo modo, il lavoro meccanico di compressione del gas all’interno dei cilindri operato durante la fase di compressione viene restituito elasticamente, a meno di trascurabili perdite, durante la fase di espansione).

Nei motori a combustione interna noti, a basso carico una parte dei cilindri viene completamente disattivata e quindi rimane in funzione solo un limitato numero di cilindri; tuttavia, operando in questo modo i cilindri che vengono disattivati tendono a raffreddarsi (tanto più quanto più si protrae nel tempo la disattivazione) e quindi quando viene ripristinato il funzionamento di tali cilindri le prime combustioni avvengono in una camera di scoppio relativamente fredda e quindi avvengono con rendimenti e generazione di inquinanti non ottimali.

Inoltre, in un motore in cui i cilindri sono disposti in due bancate, generalmente a ciascuna bancata è associato un rispettivo catalizzatore disposto a valle di un collettore di scarico della bancata. Per disattivare una parte dei cilindri del motore risulta conveniente disattivare tutti i cilindri di una stessa bancata; tuttavia, in questo caso il catalizzatore associato alla bancata che viene disattivata non viene più attraversato dai gas di scarico caldi provenienti dalla bancata e quindi si raffredda perdendo di conseguenza di efficienza di conversione degli elementi inquinanti (l’efficienza di conversione di un catalizzatore è strettamente legata al mantenimento di una temperatura minima di lavoro). Quando la bancata viene riattivata, il catalizzatore è freddo e quindi presenta una efficienza di conversione ridotta per un periodo di tempo significativo e non trascurabile con un conseguente aumento delle emissioni inquinanti emesse dal veicolo nell’atmosfera.

Infine, anche l’usura associata alla bancata disattivabile è di norma diversa dall’usura dell’altra bancata che non viene mai disattivata e di conseguenza l’affidabilità del motore a combustione interna viene in qualche modo compromessa.

DESCRIZIONE DELLA INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo per la disattivazione ciclica dei cilindri di un motore a combustione interna durante l’utilizzo a carico parzializzato, il quale metodo sia privo degli inconvenienti sopra descritti e, nello stesso tempo, sia anche di facile ed economica realizzazione.

Secondo la presente invenzione viene fornito un metodo per la disattivazione ciclica dei cilindri di un motore a combustione interna durante l’utilizzo a carico parzializzato, secondo quanto rivendicato dalle rivendicazioni allegate.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI

La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano un esempio di attuazione non limitativo, in cui:

• la figura 1 è una vista schematica di un motore a combustione interna che implementa il metodo, oggetto della presente invenzione, per la disattivazione ciclica dei cilindri di un motore a combustione interna durante l’utilizzo a carico parzializzato;

• la figura 2 è una vista schematica di un cilindro del motore a combustione interna della figura 1;

• la figura 3 è una vista schematica di parte di un sistema di distribuzione del motore a combustione interna della figura 1;

• la figura 4 è una vista schematica di un albero a camme del sistema di distribuzione della figura 3;

• la figura 5 è una tabella che mostra la successione delle fasi del ciclo termodinamico nei cilindri del motore a combustione interna della figura 1 durante un funzionamento nominale (normale) a pieno carico;

• la figura 6 è una tabella che mostra una possibile successione delle fasi del ciclo termodinamico nei cilindri del motore a combustione interna della figura 1 durante la disattivazione ciclica di tutti i cilindri (ovvero durante un funzionamento a carico parzializzato); e

• la figura 7 è una tabella che mostra una ulteriore successione delle fasi del ciclo termodinamico nei cilindri del motore a combustione interna della figura 1 durante la disattivazione ciclica di tutti i cilindri (ovvero durante un funzionamento a carico parzializzato).

FORME DI ATTUAZIONE PREFERITE DELL’INVENZIONE

Nella figura 1, con il numero 1 è indicato nel suo complesso un motore a combustione interna per un autoveicolo (non illustrato).

Il motore 1 a combustione interna comprende otto cilindri 2 disposti in due bancate 3a e 3b che formano tra loro un angolo di 90°. Il motore 1 comprende, inoltre, un condotto 4a di aspirazione ed un condotto 4b di aspirazione, i quali sono collegati rispettivamente ai cilindri 2 della bancata 3a ed ai cilindri 2 della bancata 3b e sono controllati rispettivamente da una valvola 5a a farfalla e da una valvola 5b a farfalla. In particolare, i cilindri 2 della bancata 3a sono collegati al condotto 4a di aspirazione mediante un corrispondente collettore di aspirazione, ed i cilindri 2 della bancata 3b sono collegati al condotto 4b di aspirazione mediante un corrispondente collettore di aspirazione.

I cilindri 2 della bancata 3a sono collegati ad un condotto 6a di scarico mediante un corrispondente collettore di scarico, ed i cilindri 2 della bancata 3b sono collegati ad un condotto 6b di scarico mediante un corrispondente collettore di scarico. Ciascun condotto 6a o 6b di scarico convoglia i gas di scarico espulsi dai cilindri 2 della propria bancata 3a o 3b verso un sistema catalitico comprendente un precatalizzatore 7a o 7b, un catalizzatore 8a o 8b ed una coppia di sensori 9a o 9b per rilevare la composizione dei gas di scarico a monte ed a valle del sistema catalitico stesso; preferibilmente, i sensori 9a e 9b comprendono una sonda lambda UEGO disposta a monte del sistema catalitico ed una sonda lambda ON/OFF disposta a valle del sistema catalitico. Secondo una alternativa forma di attuazione non illustrata, ciascun sistema catalitico può comprendere un unico catalizzatore.

Secondo quanto illustrato nella figura 2, ciascun cilindro 2 comprende almeno una valvola 10 di aspirazione (normalmente due gemelle) per regolare il flusso di aria in ingresso dal collettore di aspirazione ed almeno una valvola 11 di scarico (normalmente due gemelle) per regolare il flusso di aria in uscita verso il collettore di scarico. Inoltre, ciascun cilindro 2 comprende un iniettore 12 per iniettare ciclicamente del carburante all’interno del cilindro 2 stesso (ovvero il motore 1 a combustione interna prevedere l’iniezione diretta di carburante). In alternativa, il motore 1 a combustione interna potrebbe prevedere l’iniezione indiretta di carburante; in questo caso, a ciascun cilindro 2 è accoppiato un iniettore 12 che è disposto nel condotto 4 di aspirazione a monte (e generalmente in prossimità) delle corrispondenti valvole 10 di aspirazione. Se il motore 1 a combustione interna opera secondo il ciclo Otto (ovvero è alimentato a benzina o equivalenti), a ciascun cilindro 2 è accoppiata anche una candela (nota e non illustrata) per determinare ciclicamente l’accensione della miscela presente all’interno del cilindro 2 stesso; ovviamente se il motore 1 a combustione interna opera secondo il ciclo Diesel (ovvero è alimentato a gasolio o equivalenti) le candele non sono presenti. Ciascun cilindro 2 è accoppiato ad un rispettivo pistone 13, il quale è atto a scorrere linearmente lungo il cilindro 2 ed è meccanicamente collegato ad un albero 14 motore a gomiti mediante una biella 15.

Secondo quanto illustrato nella figura 3, il motore 1 a combustione interna comprende un sistema 16 di distribuzione (solo parzialmente illustrato nella figura 3), il quale aziona le valvole 10 e 11. Il sistema 16 di distribuzione comprende per ciascuna bancata 3 almeno un corrispondente albero 17 a camme; preferibilmente (ma non obbligatoriamente), ciascuna bancata 3 comprende due alberi 17 a camme distinti e paralleli: un albero 17 a camme per le valvole 10 di aspirazione ed un albero 17 a camme per le valvole 11 di scarico. Ciascun albero 17 a camme è portato in rotazione dall’albero 14 motore mediante una trasmissione meccanica (normalmente a cinghia o a catena) che preleva il moto dall’albero 14 motore e trasmette il moto all’albero 17 a camme; la trasmissione meccanica presenta un rapporto di trasmissione 4:1 e quindi per ciascun giro dell’albero 14 motore l’albero 17 a camme compie un quarto di giro (ovvero l’albero 17 a camme ruota ad una velocità ω2 di rotazione che è un quarto della velocità ω1 di rotazione dell’albero 14 motore).

Per ciascuna valvola 10 o 11, il corrispondente albero 17 a camme comprende una camma 18 principale per il funzionamento nominale o normale (ovvero la camma 18 principale viene utilizzata durante il funzionamento nominale o normale) ed una camma 19 ausiliaria per il funzionamento parzializzato a basso carico (ovvero la camma 19 ausiliaria viene utilizzata durante il funzionamento parzializzato a basso carico). Le due camme 18 e 19 presentano lo stesso raggio base e quindi è possibile modificare in uso la camma 18 o 19 che impegna il dito 20 della corrispondente valvola 10 o 11; a tale proposito, è previsto un dispositivo 21 di cambio-camma (“camswitching”) di tipo noto (la cui struttura non è quindi oggetto della presente invenzione) che è accoppiato all’albero 17 a camme per modificare in uso la camma 18 o 19 che impegna il dito 20 della corrispondente valvola 10 o 11. In particolare, il dispositivo 21 di cambio-camma atto ad imprimere alle camme 18 e 19 di una stessa valvola 10 o 11 un movimento di traslazione assiale lungo l’albero 17 a camme per variare la camma 18 o 19 che impegna il dito 20 della valvola 10 o 11 stessa.

Secondo quanto illustrato nella figura 4, per ciascun valvola 10 o 11 di un cilindro 2, la camma 18 principale presenta lobi 22 gemelli e contrapposti (ovvero disposti a 180° uno rispetto all’altro) in modo da aprire due volte la valvola 10 o 11 ad ogni rotazione completa dell’albero 17 a camme e la camma 19 ausiliaria presenta un unico lobo 23 in modo da aprire una sola volta la valvola 10 o 11 ad ogni rotazione completa dell’albero 17 a camme. E’ importante osservare che i due lobi 22 possono essere diversi dal lobo 23 essendo relativi a modalità di funzionamento motore diverse.

Secondo quanto illustrato nella figura 1, il motore 1 a combustione interna comprende una centralina 24 elettronica di controllo, la quale sovrintendere al funzionamento del motore 1 a combustione interna ed in particolare è in grado di disattivare ciclicamente i cilindri 2 quando al motore 1 a combustione interna viene richiesto di generare una potenza limitata (cioè quando il motore 1 a combustione interna si trova in condizioni di basso carico). In questo modo, è possibile fare avvenire la combustione all’interno dei cilindri 2 in condizioni più favorevoli aumentando complessivamente il rendimento e riducendo complessivamente l’emissione di inquinanti a parità di potenza meccanica erogata all’albero 14 motore.

In particolare, in funzione del carico del motore 1 a combustione interna (ovvero in funzione della potenza che il motore 1 a combustione interna deve generare), la centralina 24 elettronica di controllo decide se fare operare il motore 1 a combustione interna in funzionamento nominale (in cui tutti i cilindri 2 operano normalmente ed il motore 1 a combustione interna è in grado di erogare la massima potenza disponibile ovvero la potenza nominale) oppure in funzionamento disattivato ciclicamente (in cui almeno un cilindro 2 opera in modalità parzializzata e quindi il motore 1 a combustione interna è in grado di erogare una potenza massima inferiore alla massima potenza disponibile ovvero alla potenza nominale). A tale proposito, è importante osservare che per valutare la modalità di funzionamento da utilizzare la centralina 24 elettronica di controllo non considera solo il valore assoluto del carico del motore 1 a combustione interna, ma considera anche l’andamento nel tempo del carico del motore 1 a combustione interna (preferibilmente, il motore 1 a combustione interna viene fatto operare in funzionamento parzializzato a basso carico solo quando il carico del motore 1 a combustione interna rimane basso per un certo periodo di tempo).

Nel funzionamento nominale (normale), la centralina 24 elettronica di controllo controlla il sistema 16 di distribuzione in modo tale che le valvole 10 e 11 vengano azionate per fare avvenire in ciascun cilindro 2 un ciclo termodinamico (ovvero un ciclo motore) di quattro fasi (aspirazione, compressione, espansione e scarico) ogni due rotazioni complete (corrispondenti a 720° di rotazione) dell’albero 14 motore (come avviene normalmente in un motore a combustione interna a quattro tempi), ovvero per fare avvenire in ciascun cilindro 2 una fase di combustione ogni due rotazioni complete (corrispondenti a 720° di rotazione) dell’albero 14 motore. Inoltre, la centralina 24 elettronica di controllo controlla il sistema di iniezione in modo tale che gli iniettori 12 iniettino il carburante durante la fase di aspirazione e controlla il sistema di accensione in modo tale che le candele accendano la miscela al termine della fase di compressione. In altre parole, nel funzionamento nominale (normale) il motore 1 a combustione interna viene controllato in modo convenzionale.

Nella figura 5 è rappresentato un diagramma che mostra la successione delle fasi del ciclo termodinamico rispetto alla posizione angolare dell’albero 14 motore negli otto cilindri 2 del motore 1 a combustione interna durante il funzionamento nominale (normale); quanto illustrato nella figura 5 prevede che l’albero 14 motore sia conformato a croce. Si può osservare come ciascuna fase del ciclo termodinamico avvenga (schematicamente) durante mezza rotazione dell’albero 14 motore (ovvero durante 180° di rotazione dell’albero 14 motore); si può inoltre osservare che i cicli termodinamici (ovvero i cicli motore) si susseguono senza soluzione di continuità (ovvero non esiste alcuna “pausa” o “buco” tra un ciclo termodinamico ed il ciclo termodinamico successivo, quindi il ciclo termodinamico successivo inizia immediatamente dopo il ciclo termodinamico precedente senza alcun ritardo).

Quando viene attivato il funzionamento parzializzato a basso carico, preliminarmente la centralina 24 elettronica di controllo stabilisce quanti cilindri 2 debbano essere parzializzati (ovvero debbano operare in modo parzializzato). In altre parole, preliminarmente la centralina 24 elettronica di controllo stabilisce quanti e quali cilindri 2 debbano continuare ad operare secondo il funzionamento nominale (sopra descritto) e di conseguenza quanti e quali cilindri 2 debbano essere parzializzati (ovvero debbano operare in modo disattivato ciclicamente). Ovviamente, il numero di cilindri 2 da disattivare ciclicamente può venire variato in qualunque momento in funzione dell’andamento del carico richiesto al motore 1 a combustione interna (ovvero della potenza che deve erogare il motore 1 a combustione interna); in altre parole, la centralina 24 elettronica di controllo varia, durante il funzionamento parzializzato a basso carico, il numero di cilindri 2 da disattivare ciclicamente in funzione del carico richiesto al motore 1 a combustione interna.

Nel funzionamento parzializzato a basso carico, la centralina 24 elettronica di controllo controlla il sistema 16 di distribuzione in modo tale che le valvole 10 e 11 vengano azionate per fare avvenire in ciascun cilindro 2 parzializzato un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni quattro rotazioni complete dell’albero 14 motore (ovvero raddoppiando la durata del ciclo termodinamico rispetto al funzionamento nominale in cui il ciclo termodinamico avviene ogni due rotazioni complete dell’albero 14 motore). In altre parole, in ciascun cilindro 2 parzializzato viene eseguito un ciclo termodinamico (motore) attivo durante due rotazioni complete (720° di rotazione) dell’albero 14 motore ed un ulteriore ciclo folle durante due ulteriori rotazioni complete (720° di rotazione) dell’albero 14 motore; di conseguenza, nel complesso il ciclo termodinamico attivo si ripete ogni quattro rotazioni complete (1440° di rotazione) dell’albero 14 motore.

Anche in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente ciascuna fase del ciclo termodinamico (ovvero del ciclo motore) avviene (schematicamente) durante mezza rotazione completa dell’albero 14 motore (esattamente come avviene durante il funzionamento nominale); tuttavia, in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente, a differenza di quanto avviene durante il funzionamento nominale, durante due rotazioni complete (ovvero 720° di rotazione) dell’albero 14 motore non avviene alcuna fase del ciclo termodinamico; ovvero ad ogni ciclo termodinamico è prevista una attesa che dura per due rotazioni complete (ovvero 720° di rotazione) dell’albero 14 motore.

Ad ulteriore chiarimento di precisa che nel funzionamento parzializzato di ciascun cilindro 2 non viene modificata la durata e/o la successione delle fasi del ciclo termodinamico (che rimangono sempre del tutto uguali al funzionamento nominale), ma viene inserita una “pausa” o “buco” che dura per due rotazioni complete dell’albero 14 motore e durante la quale non avviene alcuna fase del ciclo termodinamico (in altre parole in ciascun cilindro 2 parzializzato durante due rotazioni complete dell’albero 14 motore non avviene alcuna fase del ciclo termodinamico). Di conseguenza, in ciascun cilindro 2 parzializzato durante due rotazioni complete dell’albero 14 motore le valvole 10 e 11 rimango completamente ferme in posiziona chiusa. Inoltre, in ciascun cilindro 2 parzializzato le fasi del ciclo termodinamico avvengono una di seguito all’altra senza soluzione di continuità durante due rotazioni complete dell’albero 14 motore; ovvero in ciascun cilindro 2 parzializzato per due rotazioni complete dell’albero 14 motore le fasi del ciclo termodinamico si susseguono una di seguito all’altra senza soluzione di continuità e per le successive due rotazioni complete dell’albero 14 motore non avviene alcuna fase del ciclo termodinamico ed il cilindro 2 rimane in attesa. Per riassumere, in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente si sussegue un ciclo attivo di 720° albero motore cui segue un altro ciclo di ulteriori 720° albero motore in cui le valvole 10 e 11 restano chiuse e non viene data accensione.

Secondo una preferita, ma non vincolante, forma di attuazione, in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente l’ultima fase del ciclo termodinamico che viene eseguita prima dell’attesa (che dura per due rotazioni complete dell’albero 14 motore) è sempre la fase di aspirazione e, come accade normalmente, l’iniezione del carburante avviene durante la fase di aspirazione; in questo modo la miscela di aria e carburante rimane nella camera del cilindro durante due rotazioni complete dell’albero 14 motore (ovvero durante lo stato di attesa del cilindro 2 parzializzato) prima della combustione (ovvero prima di eseguire la fase di compressione e la successiva fase di espansione) e quindi ha il tempo di raggiungere una miscelazione estremamente elevata che permette di ottenere un successiva combustione ottimale. Ovviamente questo tipo di controllo è possibile solo quando il motore 1 a combustione interna opera secondo il ciclo Otto e quindi l’accensione della miscela è comandata dall’azione di una candela: evitando di pilotare la candela durante lo stato di attesa del cilindro 2 parzializzato si evita che durante lo stato di attesa del cilindro 2 parzializzato la miscela si accenda mentre il pistone 13 comprime la miscela stessa. E’ importante sottolineare che il funzionamento disattivato ciclicamente viene utilizzato solo a basso carico e quindi in ciascun cilindro 2 parzializzato viene alimentata una modesta quantità di carburante (e, di conseguenza, una modesta quantità di aria), per cui è improbabile (se non del tutto impossibile) che la compressione della miscela durante lo stato di attesa del cilindro 2 parzializzato produca una indesiderata autocombustione della miscela stessa (ovvero c’è troppa poca miscela rispetto al volume della camera di scoppio per arrivare all’autocombustione della miscela stessa).

Se il motore 1 a combustione interna opera secondo il ciclo Diesel non è invece possibile operare come sopra descritto, in quanto l’accensione della miscela non è più comandata dalla candela ma avviene sempre in modo spontaneo; di conseguenza, se il motore 1 a combustione interna opera secondo il ciclo Diesel in ciascun cilindro 2 parzializzato l’ultima fase della ciclo termodinamico che viene eseguita prima dell’attesa (che dura per due rotazioni complete dell’albero 14 motore) è sempre la fase di scarico.

Da quanto sopra descritto è evidente che in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente la candela di accensione della miscela e l’iniettore 12 del carburante vengono pilotati per accompagnare le fasi del ciclo termodinamico la cui successione è determinata dall’attuazione delle valvole 10 e 11; di conseguenza, la candela di accensione viene attivata, come sempre, tra la fine della fase di compressione e l’inizio della fase di espansione e l’iniettore 12 del carburante viene attivato durante la fase di aspirazione. Quando il cilindro 2 parzializzato è in attesa non si verificano fasi del ciclo termodinamico (ovvero del ciclo attivo) e quindi la candela di accensione della miscela e l’iniettore 12 del carburante rimango completamente disattivati.

Nelle figure 6 e 7 sono rappresentati due diversi diagrammi che mostrano ciascuno la successione delle fasi del ciclo termodinamico rispetto alla posizione angolare dell’albero 14 motore negli otto cilindri 2 del motore a combustione interna durante il funzionamento parzializzato a basso carico; quanto illustrato nelle figure 6 e 7 prevede che l’albero 14 motore sia conformato a croce e che tutti i cilindri 2 operino in funzionamento parzializzato a basso carico. Si può osservare come ciascuna fase del ciclo termodinamico avvenga (schematicamente) durante mezza rotazione completa dell’albero 14 motore (ovvero durante 180° di rotazione dell’albero 14 motore); si può inoltre osservare che in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente ciascun ciclo attivo (che dura due rotazioni complete dell’albero 14 motore, ovvero 720° di rotazione) sia intervallato da un ciclo disattivo, ovvero da una “pausa” o “buco”, (che dura due rotazioni complete dell’albero 14 motore, ovvero 720° di rotazione). Di conseguenza, in ciascun cilindro 2 il ciclo termodinamico si ripete ogni quattro rotazioni complete dell’albero 14 motore (ovvero 1440° di rotazione).

Secondo la forma di attuazione illustrata nella figura 6, in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente l’ultima fase del ciclo termodinamico che viene eseguita prima dell’attesa (che dura per due rotazioni complete dell’albero 14 motore) è sempre la fase di aspirazione; tale forma di attuazione è utilizzabile; secondo l’alternativa forma di attuazione illustrata nella figura 7, in ciascun cilindro 2 disattivato ciclicamente l’ultima fase del ciclo termodinamico che viene eseguita prima dell’attesa (che dura per due rotazioni complete dell’albero 14 motore) è sempre la fase di scarico.

Come descritto in precedenza, in ciascun cilindro 2 per passare dal funzionamento nominale al funzionamento disattivato ciclicamente a basso carico e viceversa viene utilizzato il corrispondente dispositivo 21 di cambio-camma del sistema 16 di distribuzione che varia in modo noto le camme 18 e 19 meccanicamente accoppiate alle valvole 10 e 11: per operare secondo il funzionamento nominale le valvole 10 e 11 di un cilindro 2 vengono meccanicamente accoppiate alle corrispondenti camme 18 principali e per operare secondo il funzionamento parzializzato a basso carico le valvole 10 e 11 di un cilindro 2 vengono meccanicamente accoppiate alle corrispondenti camme 19 ausiliarie. Ciascuna camma 18 principale presenta due lobi 22 gemelli e contrapposti in modo da aprire due volte la corrispondente valvola 10 o 11 ad ogni rotazione completa dell’albero 17 a camme (quindi per aprire una volta la corrispondente valvola 10 o 11 ogni due rotazioni complete dell’albero 14 motore e quindi per eseguire un ciclo termodinamico completo ogni due rotazioni complete dell’albero 14 motore); invece, ciascuna camma 19 ausiliaria presenta un unico lobo 23 in modo da aprire una sola volta la valvola 10 o 11 ad ogni rotazione completa dell’albero 17 a camme (quindi per aprire una volta la corrispondente valvola 10 o 11 ogni quattro rotazioni complete dell’albero 14 motore e quindi per eseguire un ciclo termodinamico completo ogni quattro rotazioni complete dell’albero 14 motore).

In estrema sintesi di quanto sopra dettagliato, gli alberi 17 a camme vengono fatti ruotare con una velocità ω2 di rotazione che è un quarto della velocità ω1 di rotazione dell’albero 14 motore ed il sistema 16 di distribuzione prevede la possibilità di variare le camme 18 e 19 tra una camma 18 principale a doppio lobo 22 che realizza un ciclo termodinamico standard con periodo 720° (ovvero due rotazioni complete dell’albero 14 motore) ed una camma 19 ausiliaria a singolo lobo 23 che realizza un ciclo termodinamico parzializzato con periodo 1440° (ovvero quattro rotazioni complete dell’albero 14 motore). Il ciclo termodinamico parzializzato è formato da un ciclo termodinamico convenzionale di 720° (ovvero due rotazioni complete dell’albero 14 motore) che si può concludere con la fase di aspirazione, più un ciclo disattivato (folle, inoperoso, ozioso, inattivo) di ulteriori 720° (ovvero due rotazioni complete dell’albero 14 motore) in cui non avvengono movimentazioni delle valvole 10 e 11 risultando di conseguenza analogo alla disattivazione del cilindro 2 parzializzato.

La preferita forma di attuazione descritta in precedenza con riferimento alle figure allegate prevede che in funzionamento parzializzato a basso carico le valvole 10 e 11 di un cilindro 2 disattivato ciclicamente vengono azionate per fare avvenire un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni quattro rotazioni complete (ovvero 1440° di rotazione) dell’albero 14 motore, ovvero prevede di inserire una pausa di due rotazioni complete (ovvero 720° di rotazione) dell’albero 14 motore in ciascun ciclo termodinamico. Secondo diverse e perfettamente equivalenti forme di attuazione, è possibile che in funzionamento parzializzato a basso carico le valvole 10 e 11 di un cilindro 2 disattivato ciclicamente vengono azionate per fare avvenire un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni sei o otto rotazioni complete dell’albero 14 motore, ovvero prevede di inserire una pausa di quattro o sei rotazioni complete dell’albero 14 motore in ciascun ciclo termodinamico; ovviamente in questo caso l’albero 17 a camme ruota ad una velocità ω2 di rotazione che è un sesto o un ottavo della velocità ω1 di rotazione dell’albero 14 motore e per ciascun valvola 10 o 11 di un cilindro 2 la camma 8 principale presenta tre o quattro lobi 22 gemelli.

Secondo una ulteriore forma di attuazione, ciascun albero 17 a camme potrebbe prevedere per ciascun valvola 10 e 11 due o tre camme 19 ausiliarie tra loro differenziate in modo tale da poter scegliere tra due o tre diverse possibilità di parzializzazione dei cilindri 2 (ovvero parzializzare i cilindri 2 facendo avvenire un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni quattro, sei oppure otto rotazioni complete dell’albero 14 motore).

Secondo una diversa forma di attuazione, il metodo di controllo sopra descritto potrebbe venire implementato non utilizzando la variazione delle camme mediante un sistema di “cam-shifting”, ma utilizzando sistemi di disaccoppiamento che permettono di disaccoppiare idraulicamente o meccanicamente le valvole 10 e 11 dagli alberi 17 a camme (ad esempio il sistema noto commercialmente con la denominazione di “Multiair”).

Nel sistema “Multiair” la punteria di ciascuna valvola è costituita da due elementi rigidi collegati tramite un pompante che contiene olio ed è dotato di una elettrovalvola controllata da un sistema elettronico dedicato. Se l’elettrovalvola del pompante è chiusa, l'olio (approssimabile ad un fluido incomprimibile) trasmette il moto alla seconda parte della punteria e quindi alla valvola di aspirazione o scarico del motore; se l’elettrovalvola è aperta, l'olio fluisce in una apposita vasca, la seconda parte della punteria è libera, e la valvola di aspirazione o scarico del motore, guidata da una molla di richiamo, si richiude (o rimane chiusa fin dall’inizio). Se inizialmente l’elettrovalvola dell'elemento pompante è chiusa, la punteria seguirà il profilo di apertura imposto dalla camma; aprendo in un istante di tempo opportuno l’elettrovalvola del pompante, la punteria sarà richiamata dalla molla e, di conseguenza si anticiperà la chiusura della stessa. Se inizialmente l’elettrovalvola dell'elemento pompante è aperta, la punteria non seguirà il profilo di apertura imposto dalla camma rimanendo del tutto chiusa sotto la spinta della molla. Nel caso di motori dotati di sistema “Multiair” (o analogo funzionalmente) il concetto della disattivazione ciclica può essere realizzato anche mantenendo la velocità di rotazione degli assi a camme pari a metà della velocità di rotazione dell’albero motore (come sui motori a combustione interna convenzionali). Nel caso di motori dotati di sistema “Multiair” (o analogo funzionalmente), l’unica limitazione è il dovere utilizzare la stessa legge di alzata valvole sia in modalità nominale (prestazionale), sia in modalità parzializzata, ovvero ciclicamente disattiva (limitazione consumi ed emissioni allo scarico).

Preferibilmente (ma non obbligatoriamente), i cilindri 2 da disattivare ciclicamente e la disposizione delle camme 19 ausiliarie rispetto alle camme 18 principali saranno tali da garantire quanto più possibile una equispaziatura delle fasi di combustione, in modo tale da distribuire in modo uniforme le fasi di combustione durante la rotazione dell’albero 14 motore.

Il metodo per la disattivazione è stato descritto a titolo di esempio con riferimento ad un motore 1 a combustione interna V8 con manovelle a 90°, ma è ovvio che il metodo per la disattivazione è applicabile a qualunque tipo di motore 1 a combustione interna a prescindere dal numero di cilindri, dalla sua architettura e dall’ordine degli scoppi adottato.

Il metodo per la disattivazione sopra descritto presnta numerosi vantaggi.

In primo luogo, il metodo per la disattivazione sopra descritto è di facile ed economica attuazione e presenta una elevata affidabilità, in quanto utilizza sistemi noti e ben collaudati di “cam-shifting” per variare la movimentazione delle valvole 10 e 11.

Inoltre, il metodo per la disattivazione sopra descritto garantisce una continua accensione e spegnimento di ciascun cilindro 2 parzializzato, con conseguente mantenimento in temperatura sia della camera di scoppio, sia del corrispondente catalizzatore.

Il metodo per la disattivazione sopra descritto non presenta alcun impatto strutturale o funzionale sull’architettura del sistema di scarico e del sistema di aspirazione.

Il metodo per la disattivazione sopra descritto garantisce un affaticamento omogeneo di tutti i cilindri 2 evitando quindi di generare nel lungo termine una disomogeneità nell’usura del motore 1 a combustione interna.

Infine, il metodo per la disattivazione sopra descritto è utilizzabile per qualsiasi frazionamento motore, con qualsiasi ordine di scoppio dei cilindri 2 e con qualsiasi geometria dell’albero 14 motore.

Claims (16)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1) Metodo per la disattivazione ciclica dei cilindri (2) di un motore (1) a combustione interna durante l’utilizzo a carico parzializzato; il motore (1) a combustione interna comprende una pluralità di cilindri (2), ciascuno dei quali è provvisto di almeno una valvola (10) di aspirazione e di almeno una valvola (11) di scarico ed è accoppiato ad un pistone (13) meccanicamente collegato ad un albero (14) motore comune; il metodo di controllo comprende la fase di azionare, durante un funzionamento nominale, le valvole (10, 11) per fare avvenire in ciascun cilindro (2) un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni due rotazioni complete dell’albero (14) motore; il metodo di controllo è caratterizzato dal fatto di comprende l’ulteriore fase di azionare, durante un funzionamento parzializzato a basso carico, le valvole (10, 11) di almeno un cilindro (2) ciclicamente disattivato per fare avvenire nel cilindro (2) ciclicamente disattivato stesso un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni quattro/sei/otto rotazioni complete dell’albero (14) motore.
2. 2) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato ogni ciclo termodinamico comprende una pausa che dura per due/quattro/sei rotazioni complete dell’albero (14) motore e durante la quale non avviene alcuna fase del ciclo termodinamico.
3. 3) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato ciascuna fase del ciclo termodinamico avviene durante mezza rotazione completa dell’albero (14) motore.
4. 4) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 3, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato la valvola (10) di aspirazione viene aperta solo durante una fase di aspirazione che avviene durante mezza rotazione completa dell’albero (14) motore e la valvola (11) di scarico viene aperta solo durante una fase di scarico che avviene durante mezza rotazione completa dell’albero (14) motore.
5. 5) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato durante due/quattro/sei rotazioni complete dell’albero (14) motore non avviene alcuna fase del ciclo termodinamico.
6. 6) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 5, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato durante due/quattro/sei rotazioni complete dell’albero (14) motore le valvole (10, 11) rimango completamente ferme in posizione chiusa.
7. 7) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato le fasi del ciclo termodinamico avvengono una di seguito all’altra senza soluzione di continuità durante due rotazioni complete dell’albero (14) motore.
8. 8) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato le fasi del ciclo termodinamico avvengono una di seguito all’altra senza soluzione di continuità durante due rotazioni complete dell’albero (14) motore e per le successive due/quattro/sei rotazioni complete dell’albero (14) motore non avviene alcuna fase del ciclo termodinamico ed il cilindro (2) ciclicamente disattivato rimane in attesa.
9. 9) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 8, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato l’ultima fase del ciclo termodinamico che viene eseguita prima dell’attesa è sempre la fase di aspirazione.
10. 10) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 9, in cui nel cilindro (2) ciclicamente disattivato l’iniezione del carburante avviene durante la fase di aspirazione.
11. 11) Metodo di controllo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui: le valvole (10, 11) vengono azionate da almeno un albero (17) a camme, il quale per ciascuna valvola (10, 11) comprende una camma (18) principale per il funzionamento nominale ed una camma (19) ausiliaria per il funzionamento ciclicamente disattivato; per operare secondo il funzionamento nominale le valvole (10, 11) di un cilindro (2) vengono meccanicamente accoppiate alle corrispondenti camme (18) principali; e per operare secondo il funzionamento ciclicamente disattivato le valvole (10, 11) di un cilindro (2) vengono meccanicamente accoppiate alle corrispondenti camme (19) ausiliarie.
12. 12) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 11, in cui: l’albero (17) a camme ruota ad una velocità (ω2) di rotazione che è un quarto/un sesto/un ottavo della velocità (ω1) di rotazione dell’albero (14) motore; e per ciascun valvola (10, 11) di un cilindro (2), la camma (18) principale presenta due/tre/quattro lobi (22) gemelli ed equamente spaziati angolarmente in modo da aprire due/tre/quattro volte la valvola (10, 11) ad ogni rotazione completa dell’albero (17) a camme e la camma (19) ausiliaria presenta un unico lobo (23) in modo da aprire una sola volta la valvola (10, 11) ad ogni rotazione completa dell’albero (17) a camme.
13. 13) Metodo di controllo una delle rivendicazioni da 1 a 12 e comprendente l’ulteriore fase di variare, durante il funzionamento parzializzato a basso carico, il numero di cilindri (2) da parzializzare in funzione del carico richiesto al motore (1) a combustione interna.
14. 14) Motore (1) a combustione interna comprendente: una pluralità di cilindri (2), ciascuno dei quali è provvisto di almeno una valvola (10) di aspirazione e di almeno una valvola (11) di scarico ed è accoppiato ad un pistone (13) meccanicamente collegato ad un albero (14) motore comune; ed un sistema (16) di distribuzione che aziona, durante un funzionamento nominale, le valvole (10, 11) per fare avvenire in ciascun cilindro (2) un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni due rotazioni complete dell’albero (14) motore; il motore (1) a combustione interna è caratterizzato dal fatto che il sistema (16) di distribuzione aziona, durante un funzionamento parzializzato a basso carico, le valvole (10, 11) di almeno un cilindro (2) ciclicamente disattivato per fare avvenire nel cilindro (2) ciclicamente disattivato stesso un ciclo termodinamico di quattro fasi ogni quattro/sei/otto rotazioni complete dell’albero (14) motore.
15. 15) Motore (1) a combustione interna secondo la rivendicazione 14, in cui il sistema (16) di distribuzione comprende almeno un albero (17) a camme, il quale per ciascuna valvola (10, 11) comprende una camma (18) principale per il funzionamento nominale ed una camma (19) ausiliaria per il funzionamento parzializzato a basso carico; per operare secondo il funzionamento nominale le valvole (10, 11) di un cilindro (2) vengono meccanicamente accoppiate alle corrispondenti camme (18) principali; e per operare secondo il funzionamento ciclicamente disattivato le valvole (10, 11) di un cilindro (2) vengono meccanicamente accoppiate alle corrispondenti camme (19) ausiliarie.
16. 16) Metodo di controllo secondo la rivendicazione 15, in cui: l’albero (17) a camme ruota ad una velocità (ω2) di rotazione che è un quarto/un sesto/un ottavo della velocità (ω1) di rotazione dell’albero (14) motore; e per ciascun valvola (10, 11) di un cilindro (2), la camma (18) principale presenta due/quattro/sei lobi (22) gemelli ed equamente spaziati angolarmente in modo da aprire due/quattro/sei volte la valvola (10, 11) ad ogni rotazione completa dell’albero (17) a camme e la camma (19) ausiliaria presenta un unico lobo (23) in modo da aprire una sola volta la valvola (10, 11) ad ogni rotazione completa dell’albero (17) a camme.