ITBO960320A1 - Motore a combustione interna - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

del brevetto per invenzione industriale

La presente invenzione è relativa ad un motore a combustione interna.

Come è noto, nel campo dei motori a combustione interna impiegati normalmente per la movimentazione di veicoli, la rotazione dell'albero motore viene ottenuta tramite almeno un manovellismo di spinta che è contenuto all'interno di tali motori, e viene azionato dalla combustione violenta di una miscela di gas infiammabili.

A tale espansione corrisponde l'innesco di un moto alternativo di un pistone del manovellismo, e tale moto si traduce, come è noto, nella rotazione del suddetto albero motore. È noto che, per massimizzare il lavoro meccanico ottenibile all'albero motore, occorre controllare ed ottimizzare i valori di una notevole quantità di parametri di natura fisica e chimica, normalmente noti con la locuzione "parametri motoristici". Naturalmente, l'evento più importante da controllare è quello a seguito del quale il manovellismo trae la energia necessaria al suo movimento, cioè la combustione della miscela. A tale proposito, occorre corredare il motore di una pluralità di sensori di vario tipo, tra cui dei sensori di pressione, di temperatura, di analisi dei gas che formano il residuo della combustione. La criticità delle condizioni ambientali interne al motore (in particolare interne alla nota camera di scoppio), e la delicatezza dei sensori, ha richiesto di confinare tali sensori all'interno di astucci, i quali presentano, normalmente, delle dimensioni tali da renderne impossibile l'impiego a contatto diretto con l'ambiente da controllare. Inoltre, il costo dell'astuccio è quasi sempre superiore al costo del sensore contenuto.

Per quanto è stato detto, tali sensori vengono normalmente collocati in zone del motore in corrispondenza delle quali tali parametri motoristici possono essere valutati solo in modo indiretto, e spesso a notevole distanza dalla centralina di raccolta dati. Ciò impone l'impiego di cavi elettrici di lunghezza anche rilevante per collegare la centralina ed i sensori. È opportuno notare che maggiore è la lunghezza dei cavi, peggiore è la qualità del segnale trasportato, per cui è necessario impiegare dei dispositivi filtranti atti a depurare i segnali dal cosiddetto rumore.

In definitiva, la necessità di ottimizzare il funzionamento del motore ha richiesto di corredare il motore di numerosi dispositivi accessori di costo e dimensioni rilevanti. Ciò ha provocato un gran numero di vincoli al libero sfruttamento dello spazio interno al vano motore, oltre, naturalmente, ad un grande incremento dei costi, peraltro imputabile in massima parte ai suddetti astucci.

Scopo della presente invenzione è realizzare un motore a combustione interna che sia esente dagli inconvenienti sopra descritti.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un motore a combustione interna comprendente un blocco motore internamente cavo, ed un gruppo di attuazione contenuto all'interno del detto blocco; il detto gruppo di attuazione comprendendo almeno un pistone mobile di moto alternativo all'interno del detto blocco, ed un albero motore collegato cinematicamente con il detto pistone; una cavità cilindrica atta ad alloggiare in modo liberamente scorrevole il detto pistone; un organo di chiusura del detto blocco collegato rigidamente al detto blocco per chiudere la detta cavità cilindrica; una guarnizione disposta tra i detti blocco ed organo di chiusura per chiudere ermeticamente la detta cavità cilindrica; una incameratura ricavata internamente al detto organo di chiusura ed affacciantesi alla detta cavità cilindrica per contenere una miscela infiammabile; caratterizzato dal fatto che la detta guarnizione incorpora una pluralità di sensori per la misurazione di parametri di natura fisico-chimica.

L'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 prospettica schematica, parte in sezione e con parti asportate per chiarezza, di un motore secondo la presente invenzione; e

- la figura 2 è una vista in pianta di un particolare estratto dalla figura 1.

Nella figura 1, con 1 è indicato, nel suo complesso, un motore a combustione interna, del tipo normalmente impiegato per la locomozione di veicoli, ad esempio automobili .

Il motore 1 comprendente un blocco 3 motore all'interno del quale è contenuto un gruppo di attuazione definito da un manovellismo 5 di spinta atto ad azionare di moto rotatorio un albero 6 motore.

Il manovellismo 5 comprende almeno un pistone 7 mobile di moto rettilineo ed alternativo all'interno del blocco 3, ed in particolare all'interno di un rispettivo cilindro 8. Tale cilindro 8 è aperto verso l'esterno da banda opposta rispetto all'albero 6, ed è atto ad alloggiare il pistone 7 in modo scorrevole liberamente; è chiuso da un coperchio, o testata 10, il quale è provvisto di una incameratura, o camera 11 di scoppio, che si affaccia al cilindro 8 stesso. Tale camera 11 è atta a ricevere al proprio interno una miscela infiammabile aria-benzina e a contenere al proprio interno tale miscela durante la rispettiva combustione.

Il blocco 3 e la testata 10 sono provvisti di una canalizzazione 12 interna all'interno della quale scorre del liquido per il controllo della temperatura durante le condizioni di funzionamento, e di una canalizzazione 14 interna all'interno della quale scorre dell'olio lubrificante, che viene portato, attraverso la canalizzazione 14 in corrispondenza dell'albero 6 motore e delle altre parti mobili del motore.

Il collegamento tra la testata 10 ed il blocco 3 deve essere ermetico, per evitare la fuga dei liquidi citati, e, soprattutto, dei gas in espansione, tramite i quali viene trasmessa energia di movimento al manovellismo 5. Pertanto, tra la testata 10 ed il blocco 3 il motore 1 presenta una guarnizione 16 (figura 2), la quale è definita da un corpo piano realizzato in materiale composito multistrato, e presenta una pluralità di aperture, ciascuna delle quali permette di mantenere il blocco 3 aperto verso la testata 10 in corrispondenza di ogni cilindro 8 e delle canalizzazioni 12 e 14. In particolare, la guarnizione 16 presenta un'apertura 18 in corrispondenza di ciascun cilindro 8, e delle aperture 19 e 20 in corrispondenza delle canalizzazioni 12 e 14. L'apertura 18 è delimitata lateralmente da una superficie 22 anulare di diametro approssimante per eccesso l'alesaggio del pistone 7.

Come è noto, ciascuna camera 11 di scoppio è delimitata inferiormente dal pistone 7, e lateralmente e superiormente dalla testata 10.

È altrettanto noto che la rotazione dell'albero 6 è provocata dalla combustione violenta di una miscela aria-benzina (combustibile-comburente) nella camera 11 di scoppio, a seguito della quale il pistone 7 viene spinto dalla posizione nota e non illustrata di punto morto superiore alla posizione nota e non illustrata di punto morto inferiore. Per ricavare in modo diretto i cosiddetti parametri motoristici, la guarnizione 16 incorpora una pluralità di sensori 23 di natura silicea, ciascuno dei quali è disposto sul bordo della superficie 22 ed a contatto con l'ambiente della camera 11 di scoppio. In particolare, la pluralità di sensori 23 comprende un sensore 25 di pressione, un sensore 26 di temperatura, un sensore 27 di anidride carbonica (C02), un sensore 28 per la misurazione del tasso di ossigeno (02) nei gas di scarico.

La pluralità di sensori 23 comprende altri sensori 26 di temperatura incorporati dalla guarnizione 16. In particolare la guarnizione 16 alloggia un sensore 26 in corrispondenza di ciascuna delle aperture 19 e 20, in modo tale da permettere il controllo della temperatura dei liquidi refrigerante e lubrificante. La guarnizione 16 incorpora, inoltre, tra il cilindro 8 e le due canalizzazioni 12 e 14, una centralina 29 di controllo elettronica, ed una pluralità di piste 31 di collegamento elettrico tra i sensori della pluralità di sensori 23 e la centralina 29 stessa, le piste essendo normalmente realizzate in rame. Tale centralina 29 è collegata elettricamente ad un sensore 32 di fase che è interf acciato all'albero 6, ed è atto ad individuarne istantaneamente la posizione angolare, in modo tale da permettere la temporizzazione delle informazioni ricevute dalla pluralità di sensori 23 e di coordinarle con la situazione corrente del motore 1. La natura silicea della pluralità di sensori 23, e la natura multistrato della guarnizione 16, consente di realizzare la pluralità di sensori 23, le piste 31, la centralina 29 o una rispettiva parte attiva, per applicazione di materiale siliceo o di lamine di rame su uno o su più strati della guarnizione 16 stessa. Inoltre, tale guarnizione 16 presenta un unico cavo 33 di comunicazione elettrica comprendente un canale di alimentazione atto ad alimentare elettricamente la pluralità di sensori 23. Tale cavo 33 comprende, inoltre, almeno un canale di comunicazione elettrica connesso con la centralina 29, tramite il quale la suddetta pluralità di sensori 23 e la centralina 29 ricevono l'energia elettrica di alimentazione, e tramite il quale la centralina 29 stessa scambia le informazioni ricevute dalla pluralità di sensori 23 con l'esterno.

Da quanto sopra descritto emerge che l'impiego della guarnizione 16 consente di misurare direttamente e nel tempo un elevato numero di parametri motoristici, normalmente impossibili da monitorare sui motori tradizionali e ricavabili solo in modo indiretto sulla base di algoritmi di calcolo. Per cui, con una spesa veramente ridotta, e semplificando decisamente la catena di misura, è possibile trasferire su ogni motore 1 una strumentazione di precisione sostanzialmente identica a quella utilizzata nei laboratori per lo studio dei motori. In definitiva, il motore 1 può essere tenuto sotto osservazione durante l'uso in qualsiasi condizione di funzionamento, con evidenti vantaggi per gli utenti, dovuti alla migliore controllabilità del funzionamento del motore 1 stesso.

Inoltre, la correlazione delle informazioni ricavate dal sensore 25 di pressione e del sensore 32, permette di costruire il diagramma di indicatore, cioè il grafico del lavoro utile prodotto in un ciclo qualsiasi dal motore 1 in relazione alla fase dell'albero 6 motore. Tale correlazione permette, inoltre, di realizzare una vasta gamma di sensori, tra cui, un sensore atto a misurare la quantità di carica fresca richiamata dal pistone 7 all'interno della camera 11; un sensore di fase degli alberi a camme rispetto alla fase dell'albero 6 motore, per definire con precisione l'angolo dell'albero 6 motore in corrispondenza del quale si verifica l'accensione della miscela; un sensore di detonazione; un sensore di mancata combustione, atto a valutare il quantitativo di carica fresca che viene scaricato incombusto al di fuori del motore.

Inoltre, la presenza del sensore 26 di temperatura all'interno della camera 11 permette di mantenere sotto controllo costante la temperatura di combustione, che, combinata con l'informazione del quantitativo di carica fresca introdotta all'interno della camera 11, permette di valutare il rendimento della combustione e la temperatura dei gas di scarico.

Inoltre, la presenza dei sensori 26 di temperatura a contatto con i liquidi refrigerante e lubrificante che circolano nelle canalizzazioni 12 e 14 permette di essere costantemente informati circa la rispettiva temperatura .

Risulta chiaro che al motore 1 qui descritto ed illustrato possono essere apportate delle modifiche, senza per questo uscire dall'ambito protettivo della presente invenzione.

Claims (1)

1. R I V E N D I C A Z I O N I - Motore (1) a combustione interna comprendente un blocco (3) motore internamente cavo, ed un gruppo di attuazione (5) contenuto all'interno del detto blocco (3) e comprendente almeno un pistone (7) mobile di moto alternativo all'interno del detto blocco (3), ed un albero (6) motore collegato cinematicamente con il detto pistone (7); una cavità (8) cilindrica atta ad alloggiare in modo liberamente scorrevole il detto pistone (7); un organo (10) di chiusura del detto blocco (3) collegato rigidamente al detto blocco (3) per chiudere la detta cavità (8) cilindrica; una guarnizione (16) disposta tra i detti blocco (3) ed organo (10) di chiusura per chiudere ermeticamente la detta cavità (8) cilindrica; una incameratura (11) ricavata internamente al detto organo (10) di chiusura ed affacciantesi alla detta cavità (8) cilindrica per contenere una miscela infiammabile; caratterizzato dal fatto che la detta guarnizione (16) incorpora una pluralità di sensori (23) per la misurazione di parametri di natura fisico-chimica. - Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che almeno un sensore della detta pluralità di sensori(23) è disposto in modo tale da risultare affacciato alla detta incameratura (11). - Motore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta pluralità di sensori (23) comprende almeno un sensore di pressione (25). - Motore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta pluralità di sensori (23) comprende almeno un sensore di temperatura (26). - Motore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta pluralità di sensori (23) comprende almeno un sensore di composizione chimica di gas di combustione (27) - Motore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta pluralità di sensori (23) comprende almeno un sensore per la misurazione del tasso di ossigeno (02) (28) nei gas di scarico. - Motore secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che la detta pluralità di sensori (23) comprende almeno un sensore di temperatura (26), almeno un sensore di composizione chimica di gas di combustione (27), almeno un sensore per la misurazione del tasso di ossigeno (02) (28) nei gas di scarico - Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno una canalizzazione (12, 14) ricavata internamente al detto blocco (3) ed al detto organo (10) di chiusura, la detta canalizzazione (12, 14) essendo attraversabile da un liquido determinato; almeno un detto sensore della detta pluralità di sensori (23) essendo disposto in modo tale da risultare affacciato alla detta canalizzazione (12, 14). - Motore secondo una delle rivendicazioni 3-7 o la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che la detta pluralità di sensori (23) comprende almeno un gruppo elettronico (29) di controllo, ed una pluralità di piste (31) di collegamento elettrico tra almeno un detto sensore della detta pluralità di sensori (23) e il gruppo elettronico (29) stesso. .- Motore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la detta guarnizione (16) è sostanzialmente piana ed è realizzata in materiale composito multistrato. .- Motore secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto di comprendere un sensore di fase (32) collegato elettricamente con il detto albero (6) motore; ed il detto gruppo elettronico (29) essendo connesso elettricamente con il detto sensore di fase (32). .- Motore secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che la detta guarnizione (16) comprende un cavo (33) di comunicazione comprendente, a sua volta, un canale di alimentazione atto ad alimentare elettricamente la detta pluralità di sensori (23) ed almeno un canale di comunicazione elettrica connesso con il detto gruppo elettronico (29) di controllo, tramite il quale il gruppo elettronico (29) scambia informazioni con l'esterno. .- Motore secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che la detta guarnizione (16) è delimitata lateralmente, in corrispondenza di ciascuna cavità (8) cilindrica, da una superficie anulare (18) di diametro approssimante per eccesso una dimensione trasversale del detto pistone (7). .- -Motore secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che almeno un sensore (25, 26, 27, 28) della detta pluralità di sensori (23) ed il detto gruppo elettronico (29) di controllo sono realizzati in materiale sostanzialmente siliceo. .- Motore a combustione interna, così come descritto ed illustrato con riferimento alle figure allegate.