ITMI20011878A1 - Motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante con olio pesante - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo: "Motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante con olio pesante"

Descrizione del trovato

Il trovato riguarda un motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante con olio pesante conforme alla rivendicazione 1.

Motori a combustione interna a grossi pistoni trovano impiego, in particolare, nell'azionamento di natanti per i quali spesso, come combustibile, viene impiegato olio pesante. Questo presenta, rispetto al gasolio per motori diesel una consistenza molto pastosa e deve venire riscaldato a un livello relativamente elevato affinché sia disponibile, con sufficiente fluidità, per essere utilizzato in impianti di iniezione.

Come impianti di iniezione vengono impiegati, anche per motori a combustione interna a grossi pistoni, i sistemi di iniezione sostanzialmente noti per i quali tuttavia, rispetto a motori per veicoli e ai loro sistemi d'iniezione, si hanno dimensioni completamente diverse in quanto motori a combustione interna a grossi pistoni aventi potenze che possono arrivare fino a 40.000 kW e che possono avere anche un notevole numero di cilindri, raggiungono lunghezze che arrivano fino a 10 m.

Pertanto fino ad oggi esistono dei limiti per quanto riguarda l'utilizzo di sistemi d'iniezione con accumulatore ad alta pressione nonostante che questi ultimi potrebbero essere vantaggiosi grazie alle estremamente elevate pressioni operative che vengono impiegate e che possono arrivare fino a 2.000 bar.

Col trovato si deve aprire la possibilità di impiegare tali sistemi d'iniezione con accumulatore ad alta pressione in una forma costruttiva particolarmente interessante dal punto di vista economico per motori a combustione interna a grossi pistoni funzionanti a olio pesante.

Ciò lo si ottiene con le caratteristiche della rivendicazione 1 secondo la quale i cilindri disposti in serie vengono alimentati tramite iniettori collegati ognuno ad un comune accumulatore di combustibile di forma tubolare sovrastante in senso longitudinale la fila di cilindri e il cui impiego viene reso possibile in quanto esso viene fissato, rispetto al motore a combustione interna, in uno stadio di allungamento termico medio che corrisponde, rispetto ai campi operativi del motore a combustione interna compresi fra l'avviamento e il pieno carico, ad una temperatura media dell'olio pesante.

Motori a combustione interna a grossi pistoni aventi lunghezze che arrivano fino all'ordine di grandezza di 10 m comportano, utilizzando un accumulatore di combustibile di forma tubolare e comune ad una fila di cilindri, lunghezze costruttive per tale accumulatore dello stesso ordine di grandezza. Indipendentemente da questo fatto le quote di accoppiamento per gli iniettori alimentati dall'accumulatore di combustibile di forma tubolare e iniettanti nei cilindri, debbono venire rispettate con estrema precisione in quanto le elevate pressioni da dominare comportano collegamenti tubolari e i relativi raccordi molto rigidi. Oltre al fatto che tali tolleranze si possono rispettare soltanto con grande difficoltà in accumulatori di combustibile di forma tubolare monoblocco oppure segmentati, questa problematica viene resa anche più difficoltosa dalle condizioni di temperatura esistenti. A partire da una temperatura circostante corrispondente approssimativamente alla temperatura ambiente, con motore a combustione interna non funzionante e ad una temperatura di riscaldamento dell'olio pesante che può arrivare fino all'ordine di grandezza di 150°C e oltre, per l'accumulatore tubolare si hanno variazioni di temperatura corrispondenti con conseguenti variazioni di lunghezza. Queste ultime sono tuttavia ammissibili e possono essere dominate solo in misura limitata sia dal punto di vista del montaggio che dal punto di vista delle conseguenti sollecitazioni per gli attacchi che conducono al motore a combustione interna in quanto le variazioni di temperatura che si verificano rispetto al corpo del motore a combustione interna sono notevolmente minori e le relative temperature medie sono comprese al massimo fra 80 e 90°C. Con la configurazione conforme al trovato si tiene conto di questi punti di vista che contrastano l'impiego, in motori a combustione interna a grossi pistoni, di un comune accumulatore di combustibile di forma tubolare sovrastante in senso longitudinale la fila di cilindri. Facendo riferimento ad uno stato di allungamento medio dell'accumulatore di combustibile di forma tubolare, si riescono a mantenere entro limiti dominabili le variazioni della sua lunghezza dovute alla temperatura.

Ciò è tanto più vero qualora l'accumulatore di combustibile di forma tubolare venga fissato, a sua volta, rispetto al motore a combustione interna, nella sua zona longitudinale centrale cosicché, a partire dal fissaggio formante un punto di bloccaggio, si deve considerare soltanto la semilunghezza del tubo per cui anche le tolleranze da compensare, relative all'allungamento longitudinale, vengono ulteriormente dimezzate. Questo tipo di bloccaggio nella zona centrale longitudinale viene opportunamente completato da sostegni laterali che sostengono, perlomeno inferiormente o guidano, permettendogli di scorrere nel suo complesso, l'accumulatore di combustibile di forma tubolare, per cui al tipo di collegamento al motore a combustione interna non sono connessi momenti flettenti inammissibili evitando inoltre sbattimenti dovuti a vibrazioni.

La configurazione conforme al trovato di un motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante a olio pesante può essere ben dominata anche per quanto riguarda il suo funzionamento per il quale è opportuno che l'accumulatore di combustibile di forma tubolare - nel quadro della costruzione del motore interna - venga pre-montato alla temperatura circostante corrispondente all'incirca alla temperatura ambiente e, una volta effettuato il riscaldamento fino ad una temperatura corrispondente al suo allungamento medio, e cioè ad una temperatura corrispondente al suo stato di allungamento medio, venga montato di finitura.

Per far ciò si può far ricorso ad un opportuno supporto termico liquido, preferibilmente a olio pesante riscaldato, che, per questo processo di montaggio, viene fatto passare, ad esempio in circuito chiuso, attraverso l'accumulatore di combustibile di forma tubolare a temperatura opportuna per cui si può far ricorso a materiali e a mezzi ausiliari di uso comune e disponibili. Sostanzialmente è anche possibile, nel quadro del trovato, ottenendo quindi una soluzione particolarmente semplice, provvedere al fissaggio finale nella fase di collaudo qualora si tenga conto del fatto che di regola non sarà necessaria alcuna fase di registrazione del punto di bloccaggio, ovvero di fissaggio, in quanto esso è situato nella zona centrale longitudinale. Altre particolari caratteristiche del trovato si hanno dalle rivendicazioni. Il trovato verrà illustrato più in dettaglio nel seguito con l'ausilio di un esempio di esecuzione fortemente schematizzato. La figura 1 mostra una rappresentazione prospettica di un accumulatore di combustibile di forma tubolare con attacchi per iniettori e con un'installazione, ad esempio, di pompe prementi ad essi associate, essendo indicato un sostegno assiale e radiale situato longitudinalmente al centro, mentre la figura 2 mostra una rappresentazione in sezione corrispondente in gran parte a quella della figura 1, e sia nella figura 1 che nella figura 2 l'ulteriore collegamento al motore a combustione interna è illustrato altrettanto poco come lo stesso motore a combustione interna la cui fila di cilindri viene sovrastata, in senso longitudinale, dall'accumulatore di combustibile in forma tubolare e gli iniettori iniettano nelle camere di combustione associate ai cilindri.

Nella figura 1 è rappresentato, in pianta, un motore a combustione interna 1 costituito da un motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante a olio pesante che lavora con iniezione di combustibile e che presenta un sistema di iniezione ad accumulatore e ad alta pressione comprendente un accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare estendentesi lungo la lunghezza della fila di cilindri. Sistemi con accumulatore in pressione di questo tipo sono noti anche come sistemi Common-Rail.

Motori a combustione interna a grossi pistoni del tipo sopra detto presentano notevoli dimensioni. Un motore a combustione interna secondo la figura 1 che presenta, conformemente ai sette iniettori 2 indicati, sette cilindri, raggiungono una lunghezza di 5 e più metri. Anche la lunghezza dell'accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare ha queste dimensioni e detto accumulatore è collegato agli iniettori 2 con tubazioni 4 rigide.

Nelle figure 1 e 2 è inoltre indicato il fatto che all'accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare possono essere associate direttamente anche pompe 5 tramite le quali avviene l'alimentazione del combustibile all'accumulatore 3. La disposizione delle pompe 5 è soltanto esemplificativa e, a differenza dell'esempio di esecuzione rappresentato, può aversi anche un tipo di alimentazione di pressione diverso.

Per il funzionamento qui previsto del motore a combustione interna 1 con olio pesante si deve partire dalla considerazione che quest'ultimo deve venire riscaldato a temperature di 150°C e oltre per raggiungere la fluidità necessaria per l'iniezione. Nelle parti che vengono in contatto con l'olio pesante e riscaldato e quindi, in particolare, anche nell'accumulatore di combustibile durante il funzionamento, si instaurano temperature corrispondenti che sono notevolmente superiori alle temperature che si hanno quando il motore a combustione interna non è funzionante e che, come durante il montaggio del motore a combustione interna, sono dell'ordine di grandezza delle temperature ambienti solite e cioè si trovano nell'intorno di circa 20°. Il motore a combustione interna 1 raggiunge da parte sua temperature medie del corpo che sono dell'ordine di grandezza di circa 180°C.

L'accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare è assoggettato quindi a notevoli variazioni di temperatura con la conseguenza che, al crescere della temperatura, e conformemente alla sua notevole lunghezza, si hanno corrispondenti allungamenti termici che possono raggiungere senz'altro l'ordine di grandezza del centimetro e che comportano movimenti relativi agli attacchi delle tubazioni 4 nonché degli altri attacchi indipendentemente dal fatto che, conformemente alle elevatissime pressioni da dominare che possono arrivare fino a 2.000 bar, sia l'accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare che le tubazioni 4 e gli altri attacchi e tubazioni debbono essere massicci e non offrono alcuna possibilità, ad esempio nella fase di montaggio, di effettuare gli opportuni adattamenti.

Per poter mantenere ad un livello più piccolo possibile le tolleranze dovute ai differenti allungamenti termici, il montaggio dell'accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare avviene ad uno stadio di allungamento medio rispetto al campo di temperature che deve essere considerato, e cioè ad una temperatura che, rispetto ai campi operativi del motore a combustione interna, corrisponde alla temperatura media dell'olio pesante fra l'avviamento e il pieno carico, e cioè ad una temperatura dell'accumulatore di combustibile 3 che è dell'ordine di grandezza compreso fra circa 80 e 100°C. Il riscaldamento fino ad una temperatura di quest'ordine di grandezza è possibile, ad esempio, facendo passare attraverso l'accumulatore di combustibile 3 un liquido opportunamente riscaldato, ad esempio olio pesante che funge da supporto termico e di lavaggio. Il fissaggio dell'accumulatore di combustibile 3 rispetto al motore a combustione interna 1 avviene in questo stato di allungamento riscaldato e quindi medio, essendo il punto di partenza per un tale fissaggio finale un collegamento dell'accumulatore di combustibile 3 al motore a combustione interna 1 nel corso un pre-montaggio che permette gli opportuni allungamenti nella fase di riscaldamento.

Per mantenere ad un livello più basso possibile gli effetti degli allungamenti dovuti alla temperatura sulla lunghezza complessiva dell'accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare, il fissaggio dell'accumulatore di combustibile 3 rispetto al motore a combustione interna 1 avviene nella zona centrale longitudinale dell'accumulatore di combustibile come indicato in maniera schematizzata nel punto 6 nelle figure 1 e 2, nelle quali, al fine di un fissaggio simmetrico, nell'esempio di esecuzione è indicato un sostentamento su entrambi i lati dell'attacco 7 della tubazione 4 della valvola d'iniezione 3 centrale longitudinale. Presupponendo un numero di cilindri diverso, ad esempio un motore a combustione interna a otto cilindri, il fissaggio potrebbe avvenire nella zona fra due attacchi consecutivi delle tubazioni per cui non si otterrebbe alcuna suddivisione.

Tramite il fissaggio 6 nella zona centrale longitudinalmente si ottiene il necessario sostenimento longitudinale dell'accumulatore di combustibile 3, per cui si dimostra sufficiente e opportuno guidare detto accumulatore nell'intorno delle sue estremità tramite supporti 8, ovvero 9, in modo che possa traslare longitudinale.

Dalla rappresentazione in sezione della figura 2 corrispondente a quella della figura 1 è chiaro che l'accumulatore di combustibile 3 di forma tubolare è costituito, nell'esempio di esecuzione, da un tubo monoblocco. Ovviamente, nel quadro del trovato, è anche possibile comporre l'accumulatore di combustibile 3 con elementi tubolari fra i quali si trovano, ad esempio, gli attacchi 7 che costituiscono gli elementi di collegamento per le tubazioni che conducono alle valvole d'iniezione 2.

Claims (7)

1. Rivendicazioni 1. Motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante a olio pesante avente almeno una fila di cilindri, un sistema d'iniezione con accumulatore e ad alta pressione e un sistema di riscaldamento dell'olio pesante che viene iniettato nei cilindri tramite iniettori (2), collegati ognuno ad un comune accumulatore di combustibile (3) di forma tubolare sovrastante in senso longitudinale la fila dei cilindri, e fissato, rispetto al motore a combustione interna (1), nel suo stato di allungamento medio che corrisponde ad una temperatura media dell'olio pesante compresa, facendo riferimento ai campi operativi del motore a combustione interna 1, fra l'avviamento e il pieno carico.
2. 2. Motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante a olio pesante secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore di combustibile (3) di forma tubolare è fissato, rispetto al motore a combustione interna, nella sua zona centrale longitudinale .
3. 3. Motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante a olio pesante secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore di combustibile (3) di forma tubolare è supportato rispetto al motore a combustione interna (1) in modo da poter traslare longitudinalmente nelle sue zone laterali spostate rispetto all'asse longitudinale.
4. 4. Motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante a olio pesante secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che all'accumulatore di combustibile (3) di forma tubolare sono associati appoggi (supporti 8, 9) nelle sue zone laterali spostate rispetto all'asse longitudinale.
5. 5. Metodo di montaggio per un accumulatore di combustibile di forma tubolare sovrastante una fila di cilindri di un motore a combustione interna a grossi pistoni funzionante ad olio pesante, appoggiantesi al motore a combustione interna e variabile nel suo stato di allungamento in funzione della temperatura dell'olio pesante, e conforme, in particolare, ad una delle presenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto che l'accumulatore di combustibile (3) viene pre-montato alla temperatura circostante, in particolare alla temperatura ambiente, col calore viene riscaldato ad una temperatura che corrisponde ad uno stato di allungamento medio e viene montato di finitura nello stato di allungamento medio.
6. 6. Metodo di montaggio secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il riscaldamento avviene tramite un supporto termico liquido.
7. 7. Metodo di montaggio secondo la rivendicazione 5 o 6, caratterizzato dal fatto che il riscaldamento avviene tramite un liquido, in particolare olio pesante, attraversante accumulatore di