ITFO960027A1 - Condotto a sezioni multiple a geometria specifica per aspirazione e scarico per motori a combustione interna (sovralimentazione dinamica) - Google Patents

Condotto a sezioni multiple a geometria specifica per aspirazione e scarico per motori a combustione interna (sovralimentazione dinamica) Download PDF

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Description

Condotto a sezioni multiple a geometria specifica per
aspirazione e scarico per motori a combustione interna
(sovralimentazione dinamica).
RIASSUNTO
Sistema ipotizzato negli impianti di aspirazione e/o scarico dei
motori a combustione interna, atto ad incrementare il rendimento
volumetrico del/i cilindro/i.
Tale sistema consiste nel posizionare uno o più condotti . nell’impianto di aspirazione e/o scarico; detti condotti, costituiti da
dispositivi a sezioni multiple a geometria specifica, con la loro
particolare conformazione generano un incremento della velocità,
della depressione, della portata, della densità dei gas freschi
(miscela aria/combustibile) nel/i cilindro/i ed un miglior svuotamento
dello/degli stesso/i dai gas combusti.
Tutto ciò porta ad elevare le prestazioni del motore (incremento del rendimento volumetrico, della potenza e della coppia), riducendo altresì il tasso di gas incombusti espulsi all'atmosfera (riduzione dell'inquinamento).
DESCRIZIONE
Come noto i motori a combustione interna presentano l'inconveniente di non ottenere un rendimento volumetrico soddisfacente a tutti i regimi di giri motore, a causa dei seguenti fenomeni: bassa pressione nel condotto di aspirazione, scarsa quantità di gas freschi spinti nel cilindro e presenza di gas combusti residui nello stesso.
In conseguenza di ciò si genera una curva di potenza irregolare ed una sua cattiva erogazione.
il problema, molto sentito dai tecnici, è stato affrontato con l'applicazione di: turbocompressori, valvole lamellari supplementari, diagrammi di fasatura variabile, condotti a lunghezza variabile, comandi a farfalla che aprono e chiudono ora questo ora quel condotto di aspirazione, scarichi a megafono, scarichi con camere di risonanza, valvole supplementari allo scarico a comando elettronico, ecc..
1 risultati, ottenuti quasi sempre a mezzo di congegni costosi e tecnicamente complessi, lasciano ampi margini di miglioramento. In effetti il progresso tecnologico ha fatto sì che si siano raggiunti livelli di potenza massima, elevatissimi agli alti regimi di rotazione, a danno però della potenza ai bassi e medi regimi ma soprattutto con una sua erogazione irregolare e con consumi specifici elevati.
Oltre a quanto detto sopra va anche considerato il fatto che la ricerca delle prestazioni perpetrata dai tecnici può portare ad un esagerato aumento delle sezioni dei condotti di aspirazione e scarico producendo l'effetto opposto a quello desiderato; infatti ingrandendo oltre un certo limite i condotti, la velocità della colonna gassosa si riduce con conseguente decadimento della portata.
Il trovato, oggetto del presente brevetto, risolve gli inconvenienti sopra descritti; detto dispositivo consiste in un condotto a sezioni multiple a geometria specifica che a parità di grandezza (data dalla somma delle sue sezioni) e a parità di forza aspirante o comprimente, determina una maggior velocità dei gas, quindi una maggior portata rispetto ai condotti già noti.
Gli effetti conseguenti sono così riassumibili:
- aumento della portata e della densità della carica dei gas freschi aspirati
aumento della portata dei gas combusti espulsi
- miglior rendimento volumetrico a tutti i regimi di rotazione del motore
- aumento della potenza
- aumento della coppia
- riduzione dei consumi
- riduzione dell'inquinamento
Il dispositivo, costituito da un condotto a sezioni multiple a geometria specifica (tratti divergenti e/o paralleli e/o convergenti e/o curvilinei, ecc.) in seguito dettagliatamente descritto, opportunamente posizionato neirimpianto di ammissione (a monte della valvola di aspirazione), rende più facile l'ingresso dei gas freschi nel cilindro e con maggior densità, creando una maggiore sovralimentazione dinamica; la conseguente maggior _pressione mpressà.alla_colonna _gassosa_(miscela_aria7Combustibile)_permette,_oltre_ad_elevare_il .rendimento volumetrico -di-Contrastare iL fenomeno-di rifiuto dei-gas freschi_do.vuto_essenzialmente-aLmovimento,di..risalita.deLpistone.a. _valvola_ancora_parzialmente_aperta,_soprattutto_a„bassi _medi r.egimi.di.r.otazione.deLmotore _
.Analogo„dispositivo,_opportunamente_posizionato_nell!impianto_di .scarico _a-valle_della_relativa_valvola,_permette..invece_di_aumentare .la_velocità„dei gas_combusti verso l aria_libera,_soprattutto_dopo _la prima fase di scarico spontaneo, creando una maggiore depressione per un maggior svuotamento del cilindro, impedendo altresì il ritorno nello stesso di gas combusti residui a causa di fenomeni in se noti. Tutto ciò si traduce in un più alto coefficiente di riempimento a tutti i regimi di giri motore, per una maggior potenza, minori consumi e minore inquinamento.
Sostanzialmente il "complesso" dei dispositivi sopra descritti trova la sua applicazione su ogni tipo di motore a combustione interna, con effetti più marcati nei motori ad elevate prestazioni quali quelli impiegati nelle competizioni.
Di seguito viene dettagliatamente descritto il trovato medianté l'ausilio di alcuni disegni schematici allegati. In particolare:
La Fig. 1 rappresenta un motore a combustione interna completo di impianti di ammissione (13) e scarico (12) su cui è raffigurata l'applicazione del trovato in due diverse configurazioni.
La Fig. 2 rappresenta il condotto a sezioni multiple (3) applicato all'impianto di alimentazione (13) dove viene raffigurata la' fase di aspirazione della miscela aria/combustibile.
- La Fig. 3 rappresenta l'impianto di alimentazione (13) dove il condotto a sezioni multiple (3), per la sua particolare conformazione, rallenta e/o ferma i gas freschi respinti dal pistone (1), contrastando il fenomeno di "rifiuto".
- La Fig. 4 rappresenta il condotto a sezioni multiple (8) applicato all'impianto di espulsione (12) dove viene raffigurata la fase di scarico dei gas combusti.
- La Fig. 5 rappresenta l'impianto di espulsione/scarico (12) dove il condotto a sezioni multiple (8), per effetto della sua particolare conformazione, rallenta e/o ferma i gas combusti "riflessi" verso il cilindro (2).
- Le Fig. 6-7-8-9-10-11-12-13 rappresentano alcune delle molteplici configurazioni di attuazione del condotto oggetto del presente brevetto.
Nella attuazione pratica del trovato, la dimensione, la forma, il frazionamento deirimpianto di alimentazione/aspirazione (13) e dell'impianto di espulsione/scarico (12) [intesi come un insieme che va dalla/e valvola/e (7-9) del/dei cilindro/i (2) all'aria libera esterna (sez. 14 - 15 di Fig. 1)] e la collocazione delle divisioni interne (tratti divergenti e/o paralleli e/o convergenti e/o curvilinei, ecc.), possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze.
Inoltre il condotto (3) e/o (8) (Fig. 1 ), può essere applicato in quantità, forma e posizioni diverse nell'impianto di alìmentazione/aspirazione (13) dalla/e sezione/i (14) di inqresso alla/e valvola/e (7) di aspirazione, così come neirimpianto di espulsione/scarico (12) dalla/e valvola/e (9) di scarico alla/e sezione/i (15) di uscita all’ana libera.
Le forme di attuazione prodotte alle Fig. 1 -2-3-4-5-6-7-8-9-10-1 1-12-13, sono pertanto puramente indicative ed in quanto tali non limitative del processo; dette forme non sono perciò da considerarsi esaustive delle possibili configurazioni interne ed esterne del condotto a sezioni multiple oggetto di brevetto.
Applicazione del trovato nell'impianto di ammissione (Fig. 2-3) I gas freschi richiamati dal pistone (1) nel cilindro (2) attraversano il condotto a sezioni multiple (3) (Fig. 2) nella/e sezione/i (4) e (5) che per forma e dimensioni "specifiche" ne aumentano notevolmente la velocità verso il cilindro (2), generando pertanto una forte depressione all'aspirazione (13) (Fig. 2).
La porzione di gas freschi che ristagnano o percorrono a velocità ridotta il condotto di ammissione (13) in prossimità delle pareti, viene risucchiata per attrito molecolare e per effetto della depressione generata dalla colonna gassosa più veloce.
I flussi si ricompattano a valle del condotto a sezioni multiple (3) nella sezione (6) (Fig. 2) e, rallentando la loro velocità, trasformano l'energia cinetica accumulata in pressione, a monte della valvola di aspirazione (7), con evidenti effetti positivi sul riempimento del cilindro (2).
Nel contempo la porzione di gas freschi respinta dal pistone (1) nella prima fase della sua risalita, quando la valvola di aspirazione (7) è ancora parzialmente aperta , attraversando in senso opposto i condotti del trovato (3) (Fig. 3) nel tratto convergente delle sezioni (4) e (5), viene rallentata e/o fermata, oltre che dalla maggior pressione impressa alla colonna gassosa, anche dalla particolare conformazione del condotto (3).
Detta porzione di gas viene poi aspirata nel ciclo successivo miscelandosi con maggiore omogeneità con una nuova carica di gas freschi.
Le peculiarità del trovato, posto nell'impianto di ammissione (13), sono quindi cosi riassumibili:
- aumento della portata e della densità della carica dei gas freschi aspirati
- riduzione del fenomeno di "rifiuto" di miscela aria/combustibile all'aspirazione
- aumento del rendimento volumetrico del motore
Applicazione del trovato nell'impianto di scarico (Fig. 4-5) Analogamente a quanto descritto per l'aspirazione , nell'impianto di scarico (12) il condotto con "sezioni multiple (8) (Fig. 4) attraversato dai gas caldi combusti, dopo la prima fase di evacuazione spontanea conseguente all'elevata pressione iniziale all’atto dell'apertura della valvola di scarico (9) , imprime ad essi un aumento della velocità verso l'aria libera (Sez. 15 di Fig. 1 ) attraverso la le sezione/i (10) e (11) generando cosi nel condotto di scarico (12) e nel cilindro (2) una forte depressione.
1 gas combusti residui ristagnanti nel cilindro (2) e la porzione di essi che attraversa il condotto di scarico in prossimità delle pareti, richiamati dalla suddetta depressione, vengono anch'essi spinti a valle nel tubo di scarico (12), verso l'aria libera (Fig. 4).
Nel contempo i gas combusti che, per fenomeni in se noti, vengono "riflessi" verso il cilindro (2) (Fig. 5), quindi nocivi per il rendimento del motore, attraversando il trovato da valle a monte nei tratti convergenti delle sezioni (10) e (11 ), vengono rallentati e/o fermati dalla particolare conformazione del condotto (8).
Ciò genera un prolungamento della fase estrattiva dei gas combusti che, oltre a produrre un più consistente svuotamento del cilindro (2), ne agevola il riempimento di carica fresca nel ciclo successivo.
Le peculiarità del trovato, posto neirimpianto di scarico (12), sono così riassumibili:
- maggior svuotamento del cilindro dai gas combusti
- minor inquinamento della carica dei gas freschi
- maggior rendimento volumetrico
Da quanto fin qui esposto risultano evidenti i benèfici effetti che il trovato sopra descritto, posto rispettivamente negli impianti di aspirazione e/o di scarico, ha sul rendimento globale del motore, incrementandone le prestazioni a fronte di una riduzione dei consumi e dell'inquinamento atmosferico.
Il sistema, per l'assenza di organi mobili e/o deformabili, offre grandi vantaggi che fanno del trovato un dispositivo immune da fenomeni di fatica e di usura; infatti l'unico "elemento" mobile in contatto è il flusso dei gas.
La sua semplicità costrutiva lo rende estremamente economico e l'affidabilità che ne deriva ne garantisce una durata pressoché illimitata.
Inoltre tale condotto, per le sue caratteristiche e le sue peculiarità, si presta ad essere applicato a qualsiasi macchina aspirante e comprimente.

Claims (34)

  1. RIVENDICAZIONI 1 ) Dispositivo caratterizzato dal fatto di essere costituito da un condotto a sezioni multiple a geometria specifica, suddiviso all'interno in modo tale da creare più quote di portata.
  2. 2) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che le sezioni, di suddivisione del condotto possono avere forme geometriche diverse.
  3. 3) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che le sezioni di suddivisione del condotto possono essere tra loro connesse con tratti parzialmente o integralmente comunicanti.
  4. 4) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto di presentare uguale ovvero diverso sviluppo lineare delle proprie sezioni di portata.
  5. 5) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il condotto possa avere sezioni di entrata in quantità diversa da quelle di uscita.
  6. 6) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il condotto possa avere sezioni di entrata con forma diversa da quelle di uscita.
  7. 7) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa presentare una o più sezioni di suddivisione del condotto senza creare aree di passaggio all'interno dell'elemento/i di frazionamento.
  8. 8) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa presentare una o più sezioni di suddivisione del condotto creando aree di passaggio anche all'interno dell'elemento/i di frazionamento.
  9. 9) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a tutti i motori a combustione interna.
  10. 10) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che le sezioni di suddivisione del condotto possono essere posizionate in un punto qualsiasi dell'impianto di aspirazione/alimentazione di un motore a combustione interna.
  11. 11 ) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato in più punti consecutivi dell'impianto di aspirazione/alimentazione di un motore a combustione interna.
  12. 12) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che le sezioni di suddivisione del trovato possano essere posizionate in un punto qualsiasi dell'impianto di espulsione/scarico di un motore a combustione interna.
  13. 13) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato in più punti consecutivi dell'impianto di espulsione/scarico di un motore a combustione interna.
  14. 14) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato solo all'impianto di aspirazione/alimentazione di un motore a combustione interna.
  15. 15) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato solo all’impianto di espulsione/scarico di un motore a combustione interna.
  16. 16) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a tutti i motori a combustione interna aventi uno o più cilindri.
  17. 17) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fato che il trovato possa essere applicato a tutti i motori a combustione interna aventi una o più valvole di aspirazione.
  18. 18) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a tutti i motori a combustione interna aventi una o più valvole di scarico.
  19. 19) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato su tutti i motori a combustione interna, qualunque sia il sistema di immissione della miscela aria/combustibile nel/nei cilindro/i.
  20. 20) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato su tutti i motori a combustione interna, qualunque sia il sistema di scarico dei gas dal/i cilindro/i.
  21. 21) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a compressori volumetrici.
  22. 22) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a turbocompressori.
  23. 23) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dai fato che il trovato possa essere applicato a macchine aspiranti.
  24. 24) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a macchine comprimenti.
  25. 25) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a prese dinamiche degli autoveicoli.
  26. 26) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato a prese dinamiche dei motoveicoli.
  27. 27) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere ottenuto, all'interno deirimpianto di aspirazione/alimentazione di un motore a combustione interna, mediante processo tecnologico che renda integrale l'assieme dispositivo/impianto (es. fusione in pezzo unico).
  28. 28) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere ottenuto, all'interno deirimpianto di espulsione/scarico di un motore a combustione interna, mediante processo tecnologico che renda integrale l'assieme dispositivo/impianto (es. fusione in pezzo unico).
  29. 29) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere realizzato come applicazione della sola sua parte interna.
  30. 30) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere applicato come accessorio della sola sua parte interna.
  31. 31) Dispositivo come alla rivendicazione (1 ) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere ottenuto per composizione con possibilità di intercambiabilità.
  32. 32) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere ottenuto come applicazione aggiuntiva di un dispositivo accessorio in un condotto esistente.
  33. 33) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere realizzato con qualsiasi materiale.
  34. 34) Dispositivo come alla rivendicazione (1) caratterizzato dal fatto che il trovato possa essere realizzato con qualsiasi processo tecnologico (es. fusione, stampaggio, estrusione, saldatura, ecc.).
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