ITBO980055A1 - Testata per motore diesel con valvole di aspirazione e scarico in test a. - Google Patents

Description

Titolo: TESTATA PER MOTORE DIESEL CON VALVOLE DI ASPIRAZIONE E SCARICO IN TESTA.

DESCRIZIONE

Forma oggetto della presente invenzione una testata per motore diesel con valvole di aspirazione e scarico in testa, particolarmente per motori a due tempi.

Sono noti, anche se limitatamente impiegati, i motori diesel a due tempi, in cui il ciclo di funzionamento si compone di una fase di compressione e scoppio, seguita da una di espansione e scarico dei gas combusti. Per l'immissione del carburante nebulizzato nella camera di scoppio viene utilizzato un apposito iniettore, azionato da una pompa, mentre la fase di espulsione dei prodotti di combustione ed introduzione dell'aria, detta lavaggio, è gestita tramite la corsa del pistone che nella sua corsa apre e chiude le luci di ingresso ed uscita dei gas; tali luci si aprono normalmente sul bordo del cilindro e presentano una superficie abbastanza ridotta.

Questo sistema permette un funzionamento molto semplice, ma in questo modo circa il 20% della corsa di espansione ed altrettanto della corsa di compressione vengono dedicati al lavaggio. Oltre a ciò la creazione delle luci di lavaggio nella camicia del cilindro provoca notevoli problemi dal punto di vista realizzativo, tanto che i motori diesel a due tempi hanno una scarsissima diffusione commerciale, e la dimensione delle luci stesse è tale per cui non è possibile immettere nel cilindro grandi quantitativi d'aria.

Per quanto riguarda i motori a quattro tempi, è molto comune il posizionamento delle valvole in testa che hanno normalmente sezione circolare e piuttosto ridotta; gli impulsi di apertura delle valvole sono trasmessi per mezzo di uno o più alberi a camme, che possono essere montati sia nella testata sia esternamente ad essa.

Compito tecnico della presente invenzione è quello di ovviare ai citati inconvenienti dei dispositivi noti, di mettere a punto cioè una testata per motore diesel con valvole di aspirazione e scarico in testa che abbiano grande sezione, che permetta di costruire un cilindro le cui pareti siano prive di aperture di qualunque tipo, e che consente al tempo stesso un grande afflusso d'aria al cilindro nella fase di lavaggio. Altro compito della presente invenzione è quello di costruire una testata per motore in grado di adattarsi, con poche semplici modifiche, anche a motori a quattro tempi o a benzina, di funzionare con un rapporto di compressione sufficientemente basso, di essere particolarmente silenzioso.

Nell'ambito di tale compito tecnico, altro scopo del presente trovato è quello di assolvere il compito precedente con una struttura semplice, di relativamente facile attuazione pratica, di sicuro impiego ed efficace funzionamento, nonché di costo relativamente contenuto.

Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dalla presente testata per motore diesel a due tempi con valvole di aspirazione e scarico in testa, comprendente una base destinata a chiudere il cilindro, attraversata da una luce di aspirazione ed una di scarico, caratterizzata dal fatto che dette luci hanno forma anulare e sono sostanzialmente coassiali all'asse verticale della testata.

Ulteriori particolarità risulteranno maggiormente chiare ed evidenti dalla descrizione dettagliata di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di una testata per motore diesel a due tempi con valvole di aspirazione e scarico in testa secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni, in cui:

la fig.l rappresenta una vista laterale della testata per motore diesel a due tempi con valvole di aspirazione e scarico in testa secondo il trovato;

la fig.2 rappresenta una vista dall'alto della testata per motore diesel a quattro tempi;

la fig.3 rappresenta una vista dall'alto della testata per motore a due tempi;

la fig.4 rappresenta una vista laterale sezionata con piano verticale della testata corredata dell'estremità supe-riore del cilindro e del pistone;

la fig.5 rappresenta una vista dall'alto sezionata con il piano di traccia V-V di fig.4.

Con particolare riferimento a tali figure è indicata globalmente con 1 la testata per motore diesel a due tempi con valvole di aspirazione e scarico in testa secondo il trovato, che comprende un blocco 2 di forma sostanzialmente parallelepipeda ottenuto vantaggiosamente per fusione di leghe metalliche. Dalla base del blocco 2 si proietta verso il basso una prominenza tronco-conica 3, disposta in asse con il cilindro, che presenta al suo interno un alloggiamento per un iniettore 4. Concentricamente alla prominenza 3 nel blocco 2 si aprono due luci anulari 5 e 6, di cui la minore , interna, è destinata allo scarico e la maggiore, esterna, all'aspirazione: le luci 5, 6 comunicano con rispettive cavità 5a, 6a, coassiali alla prominenza 3, che hanno forma di campana e sono ricavate nel blocco 2: le cavità campaniformi 5a, 6a a loro volta sfociano su ciascuno di due fianchi paralleli del blocco 1 con due rispettive aperture contrapposte 7a, 7b e 8a, 8b di scarico e di aspirazione.

Le luci 5 e 6 sono occludibili da due valvole anulari 9 e 10: sia la valvola di scarico 9 che la valvola di aspirazione 10 hanno i bordi interni ed esterni tronco-conici, che sono complementari alle luci che chiudono, e definiscono rispettivamente doppie sedi, le une interne e le altre esterne, entrambe inclinate vantaggiosamente a 45°.

Nella parte superiore della testata sono fissate, a prosecuzione delle facce del blocco 2 non interessati dalle aperture 7,8 di scarico e aspirazione, due spalle frontali 11a e 11b nelle quali sono montati girevoli due alberi 12a e 12b, che risultano quindi disposti su assi paralleli ai fianchi del blocco 2 sui quali si aprono le aperture 7 e 8.

Ad un'estremità degli alberi 12, ad-esternamente al blocco 2, -sono calettate simmetriche ruote dentate 13a e 13b, ingrananti tra loro così da imporre ai due alberi sensi di rotazione in versi opposti.

La valvola 9 è solidale a due gambi 14a, 14b, che sono ortogonali al piano della valvola, sono posti a 180° l'uno dall'altro, e sono fissati alla valvola stessa per avvitamento delle loro estremità, filettate, in rispettivi fori filettati 15a, 15b.

In maniera analoga al di sopra della valvola 10 sono fissati quattro gambi 16a, 16b, 16c, 16d, distribuiti simmetricamente a 90° l'uno dall'altro.

Per semplicità, avendo i sei gambi 14, 16 struttura e funzionamento analogo, ci si limiterà nel prosieguo, per quello che riguarda le parti analoghe a tutti i gambi, alla descrizione in dettaglio del solo gambo 14a .

Il gambo 14a attraversa verticalmente il blocco 2 all'interno di una rispettiva sede di guida 18a, fino a raggiungere una cavità 17a di maggior diametro, situata nella parte superiore del blocco 2; l'estremità superiore del gambo 14a ha solidale una sorta di funghetto 14 la che conforma inferiormente una sede anulare destinata ad ospitare un'estremità di una molla elicoidale di compressione 19, molla che è montata coassiale sul gambo e preme con l'altra estremità contro la base della rispettiva cavità 17a.

Il funghetto 14 la presenta sulla superficie laterale esterna due spianature superiori contrapposte che in fase di assemblaggio facilitano la presa con una apposita chiave per l'avvitamento nel foro filettato 15a praticato nella valvola 9; con la faccia superiore il funghetto 14a è a contatto con una punteria 20a, che ha forma di bossolo e che chiude l'apertura superiore della cavità 17a.

Le sei punterie 20a, 20b e 21a, 21b, 21c, 21d sono disposte a gruppi di tre lungo i due assi degli alberi 12a e 12b, e al disopra di ciascuna è montata sull'albero una rispettiva camma di azionamento.

Le camme 22a, 22b, 22c, 22d agiscono sulle punterie 21a, 21b, 21c, 21d che comandano l'apertura della valvola di aspirazione 10, mentre le camme 23a e 23b, che sono rispettivamente interposte sui due alberi fra le camme 22a, 22b e 22c, 22d, azionano le punterie 20a, 20b che comandano la valvola di scarico 9 ;la chiusura delle valvole 9 e 10 è attuata dalle molle elicoidali di compressione 19.

Fra le spalle Ila e llb è fulcrato, ad un alberino 24a parallelo e disposto al di sopra degli assi degli alberi 12, un bilanciere 24 di azionamento di una pompa in asse con l'iniettore 4: il bilanciere 24 in pianta ha una struttura sostanzialmente a T e da una parte, posteriore, dell'alberino 24a conforma due forcelle 24c, 24d sovrastanti l'albero 12a, nelle quali sono fulcrati rotanti e con assi paralleli all'albero stesso, due rullini di rotolamento 25a e 25c,·disposti in appoggio girevole sulle rispettive camme 22a e 22c. L' altra parte 24e , anteriore, del bilanciere 24 della pompa è in appoggio su un rullino 26, montato girevole mediante un perno 26a alla estremità superiore conformata a forcella 27a di una punteria 27b preposta all'azionamento di una pompa d'iniezione 28 in asse con l'iniettore 4.

La pompa 28 è inserita in una rispettiva cavità cilindrica verticale 29 ricavata al centro del blocco 2 e presenta, secondo tecnica nota, due anelli 30 e 31( coassiali alla pompa 28 e definiti fra tre anelli di tenuta noti con il nome commerciale di o-ring 32a, 32b e 32c ) i quali sono in comunicazione rispettivamente con i condotti di spurgo 33 e di alimentazione 34 attraverso una serie di perforazioni radiali praticate sulla loro superficie. All'estremità inferiore della pompa è fissato un ugello 35 che attraversa la prominenza tronco-conica 3 e termina con l'iniettore 4.

All'interno del blocco 2, ai lati della cavità 29 che contiene la pompa di iniezione 28, sono presenti ulteriori cavità 36 all'interno delle quali, durante il funzionamento del motore, può circolare un liquido di raffreddamento.

La camera di scoppio 37 è preferibilmente sferica, ed è ricavata all'interno della sommità pistone 38; sulla faccia superiore del pistone è sagomata un'apertura tronco-conica di diametro opportuno, la cui parete laterale obliqua 39 è parallela alla superficie laterale della prominenza in modo che quando il pistone si trova nel punto morto superiore l'imboccatura della camera di scoppio 37 viene chiusa quasi a tenuta dalla prominenza 3 definendo una strozzatura di passaggio forzato dei gas.

Il funzionamento della testata secondo il trovato è relativamente semplice: durante la discesa del pistone, le valvole di aspirazione e scarico sono aperte, consentendo l'espulsione dei gas combusti e l'ingresso di aria (lavaggio del cilindro). Quando il pistone comincia la risalita, circa 20° dopo il punto morto inferiore, si chiude la valvola di scarico, mentre quella di aspirazione rimane aperta fino circa a 30° o oltre, quando si chiude anch'essa.

La salita del pistone determina la compressione dell'aria all'interno del cilindro, ed il conseguente aumento della tempe-ratura: in prossimità del punto morto superiore la prominenza tronco-conica 3 si inserisce nell'apertura superiore della ca-mera di scoppio 37, e la particolare conformazione complemen-tare del contorno 39 della apertura e della prominenza 3 determinano, per il noto effetto Venturi, un ulteriore innalzamento della temperatura all'interno della camera di scoppio. Questo ulteriore aumento di temperatura permette l'accessione del combustibile ad un rapporto di compressione abbastanza basso, attorno a 16:1.

Sostanzialmente quando il pistone raggiunge l'apice della sua corsa (punto morto superiore) avviene l'iniezione del combustibile, che genera lo scoppio la cui spinta di dilatazione determina la discesa del pistone, accompagnata dall'apertura delle valvole e dall'inizio della fase di lavaggio.

L'apertura delle valvole 9, 10 è comandata dai due alberi di distribuzione a camme in testa controrotanti: le camme 22 agiscono simultaneamente sulle quattro punterie 21 di azionamento dei gambi collegati alla valvola di aspirazione 10, di diametro maggiore, mentre le camme 23 agiscono simultaneamente sulle due punterie 20 relative ai gambi fissati alla valvola di scarico 9, di diametro minore, in modo da determinare spostamenti delle valvole parallelamente a se stesse.

Le camme 22a e 22c comandano anche l'azionamento in sincronia della pompa d'iniezione agendo sui rulli 25a e 25c del bilanciere 24 della pompa.

Opportunamente, nel caso di motore a due tempi le camme sono allineate tra loro sui rispettivi alberi, vedere figura 3, mentre nel caso di motore a quattro tempi, vedere figure 2,4, le due camme relative alla valvola di scarico sono sfalsate rispetto alle altre quattro camme della valvola di aspirazione, in modo da consentire la corretta sequenza di apertura e chiusura delle valvole richiesta da questo tipo di motore. Per l'adattamento della testata secondo il trovato ad un motore a benzina è necessario che al posto della pompa di iniezione, e sostanzialmente nella medesima posizione, sia sistemata una candela di accensione.

Vantaggiosamente il collegamento delle luci di scarico e di aspirazione a due aperture 7 e a due aperture 8 sui due fianchi contrapposti del blocco 2 permette di aggiungere una serie di dispositivi destinati a migliorare le prestazioni complessive del motore: in particolare è possibile applicare ad un ingresso di aspirazione un compressore volumetrico per i regimi medio-bassi, ed all'altro un turbo compressore per i regimi superiori. Su una delle luci di scarico può essere vantaggiosa l'applicazione di una soffiante, che consente un migliore raffreddamento della parte più calda della testata, e quindi l'eliminazione del circuito di raffreddamento a liquido.

Vantaggiosamente se si vuole realizzare una testata per motori a più cilindri, i cilindri verranno allineati uno all'altro in modo che i due alberi 12a, 12b a camme di distribuzione si prolunghino al di sopra di tutta la testata, che le coppie di aperture 7 e 8 laterali dei diversi cilindri risultino allineate e disposte una di fianco all'altra per essere collegate a due condotti dì aspirazione e a due condotti di scarico laterali longitudinali e che i vari cilindri insistano su un albero a gomiti longitudinale inferiore parallelo agli alberi di distribuzione 12: anche le eventuali cavità 36 di circolazione del liquido di raffreddamento dei vari cilindri risulteranno allineate fra di loro ed in comunicazione una con l'altra. Si è così visto come il trovato raggiunge gli scopi proposti. Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall'ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (10)

1. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Testata per motore diesel con valvole di aspirazione e scarico in testa, comprendente una base destinata a chiudere il cilindro attraversata da una luce di aspirazione ed una di scarico caratterizzata dal fatto che dette luci hanno forma anulare e sono coassiali all'asse della testata.
2. 2. Testata secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che detta luce di aspirazione e detta luce di scarico comunicano con rispettive cavità conformate a campana ricavate in detta testata e sfocianti ciascuna in due aperture di aspirazione e due aperture di scarico ubicate su due fianchi paralleli di detta testata
3. 3 . Testata secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che dette luci sono occluse da rispettive valvole aventi profilo complementare alla luce e .dotate ognuna di doppia sede interna ed esterna
4. 4. Testata secondo la rivendicazione 3 caratterizzata dal fatto che la valvola di diametro maggiore è solidale a quattro gambi distribuiti a 90° l'uno dall'altro e azionati da altrettante punterie, e quella di diametro minore è solidale a due gambi, posti a 180° l'uno dall'altro e azionati da due punterie, detti gambi essendo montati scorrevoli in rispettive sedi di guida verticali ricavate nella testata.
5. 5. Testata secondo la rivendicazione 4 e 2 caratterizzata dal fatto che detti gambi sono sostanzialmente allineati a gruppi di tre su due piani paralleli ai fianchi della testata sui quali sono praticate dette aperture.
6. 6. Testata secondo la rivendicazione 5 caratterizzata dal fatto in posizioni sostanzialmente complanari ai piani di dette punterie in detta testata sono montati girevoli due alberi su ognuno dei quali sono calettate tre camme di azionamento di dette punterie .
7. 7. Testata secondo la rivendicazione 6 caratterizzata dal fatto che dette tre camme sono allineate fra di loro per il motore a due tempi.
8. 8. Testata secondo la rivendicazione 6 caratterizzata dal fatto che dette due camme agenti sulla valvola di aspirazione sono sfasate rispetto a quella agente sulla valvola di scarico per il motore a quattro tempi.
9. 9. Testata secondo la rivendicazione 1 caratterizzata dal fatto che dal centro di detta base si proietta una prominenza di forma tronco-conica al cui centro è montato uno spruzzatore di carburante, detta prominenza avendo forma complementare alla imboccatura di una camera di scoppio ricavata nel pistone.
10. 10. Testata per motore diesel con valvole di aspirazione e scarico in testa secondo una o più delle rivendicazioni precedenti e secondo quanto sostanzialmente descritto ed illustrato agli scopi specificati.