ITMI20110330A1 - ALTERNATIVE ENDOTHERMAL ENGINE WITH MOTORCYCLE CONVERSION MECHANISM INCLUDED IN THE PISTON - Google Patents

ALTERNATIVE ENDOTHERMAL ENGINE WITH MOTORCYCLE CONVERSION MECHANISM INCLUDED IN THE PISTON Download PDF

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ITMI20110330A1
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IT
Italy
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piston
crankshaft
cylinder
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IT000330A
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Andrea Rivillo
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Andrea Rivillo
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
    • F01B9/026Rigid connections between piston and rod; Oscillating pistons

Description

“Motore endotermico alternativo con meccanismo di conversione del moto incluso nel pistone†⠀ œAlternative endothermic engine with motion conversion mechanism included in the pistonâ €

Campo di applicazione dell'invenzione Field of application of the invention

La presente invenzione si applica al settore motoristico, e più precisamente ad un motore endotermico alternativo con meccanismo di conversione del moto incluso nel pistone. The present invention is applied to the motor industry, and more precisely to a reciprocating internal combustion engine with motion conversion mechanism included in the piston.

Rassegna dell'arte nota Review of the known art

E’ utile sottolineare come l’invenzione del motore endotermico abbia segnato il progresso tecnico e cambiato il modo di vivere e lavorare dell’intera umanità. La continua evoluzione nel settore ha prodotto motori a combustione interna dei più diversi tipi. Restringendo il campo d’interesse alla sola tecnica più vicina all’invenzione che verrà descritta, potremmo raggruppare tali motori in due grandi categorie: la categoria motori alternativi e quella dei motori rotativi. Appartengono alla prima categoria i più tradizionali motori automobilistici a cilindri e pistoni, questi ultimi spinti in moto traslatorio dai gas in pressione generati durante la rapida combustione di una miscela di aria e combustibile compressa entro la camera del cilindro, così da azionare un pistone connesso ad un manovellismo di spinta che pone in rotazione un albero motore. Appartengono alla seconda categoria i motori a rotazione continua come le turbine a gas, che però non considereremo nel prosieguo in quanto non rilevanti ai fini dell’invenzione, ed i motori cosiddetti a pistone rotante, come ad esempio il Wankel che invece considereremo. Nei motori alternativi il pistone compie un ciclo completo in due oppure quattro giri dell’albero motore; la combustione può essere spontanea, come nel tipo Diesel, oppure provocata dalla scintilla fatta scoccare tra gli elettrodi di una candela al termine della fase di compressione. Nel motore a quattro tempi una distribuzione a valvole apre e chiude con opportuno sincronismo delle luci nella testa della camera di combustione, mentre nel motore a due tempi à ̈ il pistone stesso che durante la sua corsa occlude le luci di efflusso e deflusso presenti nella parete laterale del cilindro. It is useful to underline how the invention of the internal combustion engine has marked technical progress and changed the way of life and work of all humanity. The continuous evolution in the sector has produced internal combustion engines of the most different types. By restricting the field of interest to the only technique closest to the invention that will be described, we could group these engines into two broad categories: the reciprocating engine category and that of rotary engines. The more traditional cylinder and piston automotive engines belong to the first category, the latter driven into translational motion by the pressurized gases generated during the rapid combustion of a mixture of compressed air and fuel within the cylinder chamber, so as to operate a connected piston. to a thrust crank mechanism which rotates a motor shaft. Continuous rotation engines such as gas turbines belong to the second category, but we will not consider them below as they are not relevant for the purposes of the invention, and so-called rotary piston engines, such as the Wankel, which we will consider instead. In reciprocating engines the piston completes a complete cycle in two or four revolutions of the crankshaft; Combustion can be spontaneous, as in the Diesel type, or caused by the spark sparked between the electrodes of a spark plug at the end of the compression phase. In the four-stroke engine, a valve distribution opens and closes with appropriate synchronism of the lights in the combustion chamber head, while in the two-stroke engine it is the piston itself that, during its stroke, blocks the outflow and outflow ports present in the wall. side of the cylinder.

Per una migliore comprensione dell’invenzione che verrà descritta, e dei problemi presenti nell’arte nota in merito, à ̈ d’uopo un maggior approfondimento delle due tipologie di motori sopra menzionati. For a better understanding of the invention that will be described, and of the problems present in the known art in this regard, it is necessary to study the two types of motors mentioned above in greater depth.

La figura 1 à ̈ una schematizzazione di un motore Wankel 1 in sezione longitudinale. In figura si può notare uno statore 2 con al proprio interno un rotore 3. Il profilo interno dello statore à ̈ quello di una curva epitrocoidale a due lobi, corrispondente ad una curva epicicloidale nefroide. La parete laterale dello statore 2 à ̈ estrusa dal profilo geometrico di figura, come pure il corpo del rotore 3. La cassa statorica à ̈ chiusa da due basi attraversate dall’albero motore. Un pignone 4 à ̈ rigidamente connesso al centro di una base della cassa statorica 2, internamente ad essa. Il profilo esterno del rotore 3 à ̈ quello di un triangolo equilatero con i lati convessi (triangolo di Rouleaux). Il rotore 3 ha al proprio interno una corona dentata 5 che ingrana sul pignone 4, di diametro doppio rispetto alla corona a denti esterni di quest’ultimo. Un albero motore 6 à ̈ libero di ruotare entro il pignone 4. Un eccentrico circolare 7 à ̈ calettato all’albero motore 6, libero di ruotare entro una grossa bronzina 8 solidale al rotore 3 in posizione centrale. Su un lato dello statore 2 si aprono le bocche di due condotti 9 e 10, rispettivamente di efflusso e di deflusso. Sul lato opposto rispetto alle bocche 9 e 10, due candele 11 e 12 attraversano parzialmente la parete statorica in corrispondenza di una camera di scoppio 13a, 13b che si viene a formare in tale posizione. Figure 1 is a schematic of a Wankel 1 engine in longitudinal section. In the figure you can see a stator 2 with a rotor 3 inside. The internal profile of the stator is that of a two-lobed epitrochoidal curve, corresponding to a nephroid epicycloidal curve. The side wall of the stator 2 is extruded from the geometric profile shown in the figure, as is the body of the rotor 3. The stator casing is closed by two bases crossed by the motor shaft. A pinion 4 is rigidly connected to the center of a base of the stator case 2, internally to it. The external profile of rotor 3 is that of an equilateral triangle with convex sides (Rouleaux triangle). The rotor 3 has an internal toothed crown 5 which meshes with the pinion 4, having a double diameter with respect to the external toothed crown of the latter. A driving shaft 6 is free to rotate within the pinion 4. A circular eccentric 7 is keyed to the driving shaft 6, free to rotate within a large bushing 8 integral with the rotor 3 in a central position. On one side of the stator 2 open the mouths of two ducts 9 and 10, respectively for outflow and outflow. On the opposite side with respect to the mouths 9 and 10, two spark plugs 11 and 12 partially cross the stator wall in correspondence with a combustion chamber 13a, 13b which is formed in this position.

Nel funzionamento, il motore Wankel al pari del motore a due tempi à ̈ privo di valvole di distribuzione; à ̈ infatti il rotore 3 che ciclicamente apre la bocca del condotto di efflusso 9 e chiude la bocca del condotto di deflusso 10. Seguendo il senso di rotazione indicato dalla freccia, la fase di aspirazione della miscela aria-benzina inizia quando il volume della camera in cui sbocca il condotto di aspirazione 9 incomincia ad aumentare, creando così una depressione che richiama la miscela all’interno della camera statorica. Proseguendo nel suo movimento, il rotore 3 provoca una riduzione dello spazio compreso tra la sua parete e quella dello statore, cosicché la miscela aspirata viene compressa. Quando la compressione ha raggiunto il valore ottimale, scocca la scintilla attraverso gli elettrodi della candela; ha così inizio la fase di combustione e, quindi, l’espansione dei gas; il conseguente aumento di pressione fa sì che delle forze agiscano sul rotore costringendolo a proseguire nel suo moto rotatorio. Al pignone statorico à ̈ demandato il compito di costringere il rotore a seguire un'orbita eccentrica, tale da garantire il contatto costante degli elementi di tenuta apicali contro le pareti interne dello statore. L’eccentrico 7 agisce come una manovella posta in rotazione dalla componente traslatoria insita nella rotazione eccentrica del rotore 3, trasformandola in una componente rotazionale trasferita all’albero motore 6. Terminata la fase di espansione si ha un’altra riduzione di volume durante la quale i gas combusti vengono spinti fuori del motore attraverso il condotto di scarico 10. Dal punto di vista cinematico, il rotore Wankel 3 compie un movimento planetario, ovvero esso à ̈ mobile intorno ad un asse non fisso, a sua volta rotante attorno all’asse fisso dell’albero motore 6. In operation, the Wankel engine, like the two-stroke engine, has no distribution valves; It is in fact the rotor 3 that cyclically opens the mouth of the outflow duct 9 and closes the mouth of the outflow duct 10. Following the direction of rotation indicated by the arrow, the intake phase of the air-petrol mixture begins when the volume of the chamber where the intake duct 9 opens, it begins to increase, thus creating a depression that draws the mixture back into the stator chamber. Continuing its movement, the rotor 3 causes a reduction in the space between its wall and that of the stator, so that the sucked mixture is compressed. When the compression has reached the optimal value, the spark is fired through the spark plug electrodes; thus begins the combustion phase and, therefore, the expansion of the gases; the consequent pressure increase causes forces to act on the rotor, forcing it to continue in its rotary motion. The stator pinion has the task of forcing the rotor to follow an eccentric orbit, such as to ensure constant contact of the apical sealing elements against the internal walls of the stator. The eccentric 7 acts as a crank set in rotation by the translational component inherent in the eccentric rotation of the rotor 3, transforming it into a rotational component transferred to the motor shaft 6. Once the expansion phase is completed, another volume reduction occurs during which the burnt gases are pushed out of the engine through the exhaust duct 10. From the kinematic point of view, the Wankel rotor 3 performs a planetary movement, that is, it is mobile around a non-fixed axis, which in turn rotates around to the fixed axis of the crankshaft 6.

Il motore Wankel à ̈ molto semplice dato che si compone di solo due parti in movimento, il rotore e l’albero motore. L’asse di simmetria del pistone rotante 3 ruota attorno all'asse dello statore 2, ne deriva una massa eccentrica a cui à ̈ applicata una forza d'inerzia centrifuga. L’equilibratura di tale forza non pone tuttavia problemi, poiché sono assenti le forze d'inerzia del secondo ordine (tipiche dei motori alternativi). Malgrado la sua semplicità cinematica il motore Wankel non si à ̈ dimostrato in grado di competere con il motore alternativo nel settore automobilistico, questo per via delle complicazioni costruttive e dei maggiori consumi di carburante. Oltre a questo i principali svantaggi consistono nella scarsa durata degli elementi di tenuta del rotore; nella coppia abbastanza contenuta ai bassi regimi di rotazione; nella problematica lubrificazione dei segmenti apicali; e nel tasso di idrocarburi incombusti molto elevato. The Wankel motor is very simple as it consists of only two moving parts, the rotor and the crankshaft. The axis of symmetry of the rotating piston 3 rotates around the axis of the stator 2, resulting in an eccentric mass to which a centrifugal inertia force is applied. However, balancing this force does not pose any problems, as the second order inertia forces (typical of reciprocating engines) are absent. Despite its kinematic simplicity, the Wankel engine has not proved capable of competing with the reciprocating engine in the automotive sector, due to construction complications and higher fuel consumption. In addition to this, the main disadvantages consist in the poor life of the rotor sealing elements; in the quite contained torque at low revs; in the problematic lubrication of the apical segments; and in the very high rate of unburnt hydrocarbons.

Un motore alternativo a due tempi esente da tali problemi à ̈ invece mostrato nella successione di figure 2, 3, 4, e 5 che ne illustrano il funzionamento in quattro diverse configurazioni assunte durante una rotazione di 360° dell’albero motore. L’appellativo “a due tempi†discende dal fatto che un ciclo Otto completo di funzionamento utilizza solo un periodo di salita e uno di discesa del pistone, corrispondenti appunto alla suddetta rotazione di 360°. Per quanto concerne il trasferimento di potenza all’albero motore, esso à ̈ a pari merito con il motore Wankel che ha tre fasi attive ogni tre giri dell’albero motore. A two-stroke reciprocating engine free from these problems is instead shown in the succession of figures 2, 3, 4, and 5 which illustrate its operation in four different configurations assumed during a 360 ° rotation of the crankshaft. The term â € œtwo-strokeâ € derives from the fact that a complete Otto cycle uses only one piston rise and fall period, corresponding precisely to the aforementioned 360 ° rotation. As regards the transfer of power to the crankshaft, it is on a par with the Wankel engine which has three active phases every three revolutions of the crankshaft.

Facendo riferimento alla figura 2, si può notare un motore alternativo a due tempi 20, costituito da un cilindro 21 entro il quale un pistone scorrevole 22 munito di anelli di tenuta (in solido) ha raggiunto la posizione di punto morto superiore (PMS). In una tale posizione si viene a creare una camera di scoppio 23 tra il cielo del pistone 22 e la parete interna della testa del cilindro 21. La camera 23 à ̈ riempita da una miscela di aria e combustibile fortemente compressa durante il moto di salita del pistone 22. Una candela 24 attraversa la testa del cilindro 21 per innescare la combustione allo scoccare di una scintilla prodotta dai suoi elettrodi fuoriuscenti all’interno della camera di scoppio 23. Il pistone 22 à ̈ cavo e contiene al proprio interno l’estremità superiore (il piede) di una biella 25 incernierata ad uno spinotto 26 solidale al pistone 22. L’estremità inferiore (la testa) della biella 25 à ̈ incernierata al perno 27 di una manovella di spinta 28 solidale all’albero motore 29. La forma della manovella 28 à ̈ idonea a bilanciare la massa rotazionale della stessa. La parete del cilindro 21 à ̈ contigua alla parete di un carter-pompa 30 al cui interno à ̈ alloggiata la manovella 28 e gran parte della biella 25. Un condotto di aspirazione 31 à ̈ aperto nella parte inferiore del carter 30 per l’ingresso della miscela aria-combustibile. Il pistone 22 al PMS occlude una luce 32 aperta nella parete del cilindro 21 nella zona ove termina un condotto 33 di afflusso della miscela aria-combustibile, precedentemente risucchiata all’interno del carter-pompa 30 dalla risalita del pistone 22. Allo stesso modo il pistone 22 occlude una luce 34 aperta nella parete del cilindro 21, dalla parte opposta della luce 22 ed in linea con essa, ove inizia un condotto di deflusso 34 dei gas combusti. La figura non mostra una valvola unidirezionale a lamelle inserita all’ingresso del carter-pompa 30 che si apre automaticamente quando nel carter si forma una depressione, per poi richiudersi al ristabilirsi della pressione atmosferica. Tale valvola à ̈ costituita da un supporto di solito triangolare con delle aperture sulle quali appoggiano dei "petali" elasticizzati (lamelle) in acciaio, fibra di carbonio o fibra di vetro, e hanno lo spessore nell'ordine di decimi di millimetro. La valvola lamellare consente di adeguare in maniera automatica la fasatura di aspirazione alle esigenze del motore. Referring to Figure 2, it can be seen a two-stroke reciprocating engine 20, consisting of a cylinder 21 within which a sliding piston 22 equipped with seal rings (solid) has reached the top dead center position (TDC). In such a position, a combustion chamber 23 is created between the piston crown 22 and the internal wall of the cylinder head 21. The chamber 23 is filled with a mixture of air and fuel strongly compressed during the upward motion of the cylinder. piston 22. A spark plug 24 passes through the head of cylinder 21 to ignite combustion when a spark produced by its electrodes protruding inside the combustion chamber 23. The piston 22 is hollow and contains the upper end (the foot) of a connecting rod 25 hinged to a pin 26 integral with the piston 22. The lower end (the head) of the connecting rod 25 is hinged to the pin 27 of a thrust crank 28 integral with the crankshaft 29. The shape of the crank 28 is suitable for balancing its rotational mass. The wall of the cylinder 21 is contiguous to the wall of a crankcase 30 inside which the crank 28 and a large part of the connecting rod 25 are housed. An intake duct 31 is open in the lower part of the crankcase 30 for the inlet of the air-fuel mixture. The piston 22 at the TDC occludes a port 32 open in the wall of the cylinder 21 in the area where a duct 33 for the flow of the air-fuel mixture, previously sucked into the crankcase-pump 30 by the rising of the piston 22 ends. In the same way the piston 22 occludes an open port 34 in the wall of the cylinder 21, on the opposite side of the port 22 and in line with it, where a flue gas discharge duct 34 begins. The figure does not show a one-way reed valve inserted at the inlet of the crankcase-pump 30 which opens automatically when a vacuum forms in the crankcase, and then closes again when atmospheric pressure is restored. This valve is made up of a usually triangular support with openings on which elasticized "petals" (lamellae) in steel, carbon fiber or glass fiber rest, and have a thickness in the order of tenths of a millimeter. The reed valve allows you to automatically adjust the intake timing to the needs of the engine.

La figura 3 mostra la posizione del pistone 22 raggiunta durante la fase di espansione dei gas combusti, dopo un quarto di giro dell’albero motore 29 nel senso indicato dalla freccia posta sulla manovella 28. In una tale posizione le luci di afflusso 33 e di deflusso 34 sono ancora chiuse, ma ciò non à ̈ tassativo in quanto la distanza di tali luci dalla testa del cilindro 21 à ̈ stabilita dalla fasatura scelta in sede di progetto. Il pistone 22 durante la sua discesa effettua la precompressione della miscela aria-combustibile precedentemente risucchiata nel carter-pompa 30 durante il moto di salita. Durante la sua discesa, il pistone 22 tramite la biella 25 e la manovella 28 fornisce all’albero motore 29 un momento attivo. Figure 3 shows the position of the piston 22 reached during the combustion gas expansion phase, after a quarter turn of the crankshaft 29 in the direction indicated by the arrow placed on the crank 28. In this position the inflow ports 33 and 34 are still closed, but this is not mandatory as the distance of these ports from the cylinder head 21 is established by the timing chosen in the design. The piston 22 during its descent carries out the prestressing of the air-fuel mixture previously sucked into the pump-casing 30 during the upward motion. During its descent, the piston 22 by means of the connecting rod 25 and the crank 28 supplies the crankshaft 29 with an active moment.

La figura 4 mostra la posizione raggiunta dal pistone 22 al punto morto inferiore (PMI). Man mano che le luci 32 e 33 vengono aperte dal pistone 22 in moto verso il PMI, la carica fresca entra all’interno del cilindro 21 attraverso il condotto 33 ed i gas combusti fuoriescono dal condotto 34. Questa fase à ̈ detta anche di lavaggio in quanto la carica fresca contribuisce al deflusso dei gas combusti e, salvo particolari accorgimenti, viene in parte dispersa attraverso lo scarico. Tali accorgimenti consistono nel sagomare opportunamente il cielo del pistone ma sopratutto nell’utilizzo di un efficiente sistema di scarico di tipo risonante, in grado di favorire l'estrazione dei gas combusti e di generare un’onda di pressione retrograda in prossimità della bocca di uscita della marmitta che risospinge la miscela incombusta entro il cilindro. Figure 4 shows the position reached by the piston 22 at bottom dead center (PMI). As the ports 32 and 33 are opened by the piston 22 moving towards the PMI, the fresh charge enters the inside of the cylinder 21 through the duct 33 and the burnt gases exit from the duct 34. This phase is also called washing as the fresh charge contributes to the outflow of the burnt gases and, except for particular precautions, is partly dispersed through the exhaust. These measures consist in appropriately shaping the piston crown but above all in the use of an efficient resonant exhaust system, able to favor the extraction of the burnt gases and to generate a retrograde pressure wave near the mouth outlet of the muffler which pushes the unburned mixture back into the cylinder.

La figura 5 mostra la posizione raggiunta dal pistone 22 dopo tre quarti di giro dell’albero motore 29. Il pistone 22 durante la sua risalita inerziale chiude le luci 32 e 33 ed inizia a comprimere la miscela aria-combustibile intrappolata nella parte superiore del cilindro 21. Contemporaneamente una nuova carica viene aspirata nel carter-pompa 30 attraverso il condotto di aspirazione 31 per effetto della depressione che si viene a creare durante la risalita del pistone 22. Figure 5 shows the position reached by the piston 22 after three quarters of a turn of the crankshaft 29. The piston 22 during its inertial rise closes the ports 32 and 33 and begins to compress the air-fuel mixture trapped in the upper part of the cylinder 21. At the same time a new charge is sucked into the pump casing 30 through the intake duct 31 due to the effect of the depression which is created during the rising of the piston 22.

Nel funzionamento, quando il pistone 22 raggiunge i punti morti PMS e PMI la sua velocità à ̈ nulla per poi invertirsi. Lo stallo viene evitato grazie al volano costituito dall’espansone circolare della manovella 28 che, grazie all’energia cinetica accumulata, fa proseguire la corsa del pistone oltre il punto morto La biella 25 che collega il pistone 22 alla manovella 28 compie un movimento rototraslatorio che consente la trasformazione del moto rettilineo del pistone nel moto rotatorio della manovella, e quindi dell’albero motore 29. In operation, when the piston 22 reaches the dead points PMS and PMI its speed is zero and then reverses. Stall is avoided thanks to the flywheel consisting of the circular expander of the crank 28 which, thanks to the accumulated kinetic energy, makes the piston run continue beyond the dead point The connecting rod 25 which connects the piston 22 to the crank 28 performs a movement rototranslatory which allows the transformation of the rectilinear motion of the piston into the rotary motion of the crank, and therefore of the crankshaft 29.

Nei motori a due tempi con carter secco funzionante da carter-pompa, prevalentemente utilizzati in alcune categorie di motocicli e negli utensili per svariati lavori all’aperto, ad esempio, giardinaggio, motoseghe, ecc., la lubrificazione delle pareti del cilindro a contatto con il pistone, come pure del manovellismo interno al carter, viene per lo più effettuata disperdendo una percentuale di olio lubrificante nella miscela aria-combustibile che viene aspirata nel carter-pompa e quindi inviata alla luce di travaso. Tale lubrificazione “a perdere†semplifica notevolmente il motore ma risulta piuttosto inquinante. Sono pure noti dei motori a due tempi con lubrificazione separata, ad esempio Diesel con compressore Root (volumetrico a lobi) per pompare l’aria di lavaggio entro una sede aperta nella canna del cilindro in prossimità del PMI. Nei motori a quattro tempi la lubrificazione delle pareti del cilindro a contatto con il pistone, come pure del manovellismo interno al carter, à ̈ effettuata facendo circolare olio in pressione per mezzo di una pompa volumetrica attraverso apposite canalizzazioni presenti nell’albero motore e nella biella; dopo aver esaurito il suo compito l’olio cade per gravità in una coppa di raccolta dove viene ripescato dalla pompa. Tale lubrificazione à ̈ detta a carter umido, à ̈ facile da realizzare ma presenta dei noti inconvenienti che à ̈ superfluo elencare. I motori a quattro tempi più sofisticati impiegano un carter secco di ridotte dimensioni, ed almeno una seconda pompa per prelevare l’olio che ivi si deposita e rimetterlo subito in circolo. In two-stroke engines with dry sump functioning as pump casing, mainly used in some categories of motorcycles and in tools for various outdoor works, for example, gardening, chainsaws, etc., the lubrication of the cylinder walls in contact with the piston, as well as the crank mechanism inside the crankcase, it is mostly carried out by dispersing a percentage of lubricating oil in the air-fuel mixture which is sucked into the crankcase-pump and then sent to the transfer port. This â € œto loseâ € lubrication considerably simplifies the engine but is rather polluting. Two-stroke engines with separate lubrication are also known, for example Diesel with Root compressor (volumetric lobe) for pumping the washing air into an open seat in the cylinder liner near the PMI. In four-stroke engines the lubrication of the cylinder walls in contact with the piston, as well as of the crank mechanism inside the crankcase, is carried out by circulating pressurized oil by means of a volumetric pump through special channels present in the crankshaft and in the connecting rod; after having completed its task, the oil falls by gravity into a collection cup where it is fished out by the pump. This lubrication is called wet sump, it is easy to carry out but has some known drawbacks that need not be listed. The most sophisticated four-stroke engines use a small dry sump and at least a second pump to take the oil that settles there and immediately put it back into circulation.

Evidenziazione dei problemi tecnici Highlighting of technical problems

Il motore alternativo à ̈ meccanicamente e dinamicamente assai diverso dal rotativo Wankel; infatti, diversamente da quest’ultimo, durante il movimento alternativo del pistone si manifestano forze d’inerzia aggiuntive del secondo ordine che, al pari di quelle del primo ordine, agiscono sui vincoli meccanici, in particolare i perni di banco dell’albero motore. Più precisamente, detta ω la velocità angolare di rotazione dell’albero motore, l’espressione matematica delle forze inerziali evidenzia prime componenti sinusoidali alla pulsazione ω, e seconde componenti alla pulsazione 2ω, rispettivamente chiamate forze inerziali del primo e del secondo ordine (sebbene il termine più appropriato sarebbe quello di momenti inerziali). Le due componenti sono additive e, qualora non perfettamente equilibrate, esse inducono sollecitazioni anomale sui perni di banco in grado di deformare l’albero motore e propagarsi attraverso il telaio sotto forma di rumorose vibrazioni. Tali vibrazioni affaticano gli organi meccanici in movimento, aumentandone l’usura e riducendone la vita operativa. È quindi fondamentale neutralizzare le suddette forze dinamiche affinché sui perni di banco gravi il solo peso del pistone e del relativo manovellismo di spinta. La neutralizzazione consistendo generalmente nell’equilibrare i momenti prodotti dalle varie parti in movimento rispetto all’asse dell’albero motore. L’equilibratura consistendo nell’aggiunta di masse eccentriche alle parti rotanti. La tecnica di equilibratura non pone seri problemi nella neutralizzazione delle forze inerziali del primo ordine, in quanto il movimento delle parti coinvolte nel manovellismo di spinta à ̈ ciclico alla pulsazione ω, ma non altrettanto avviene nella neutralizzazione delle forze inerziali del secondo ordine, necessitando di contralberi ruotanti a velocità angolare -2ω. Ovviamente, le difficoltà nella neutralizzazione delle forze inerziali generalmente diminuiscono all’aumentare del numero dei cilindri, poiché à ̈ possibile scegliere una particolare disposizione degli stessi lungo l’albero motore unitamente ad una opportuna sequenza delle fasi di scoppio atte a compensare tra loro i diversi contributi inerziali. The reciprocating engine is mechanically and dynamically very different from the Wankel rotary; in fact, unlike the latter, during the reciprocating movement of the piston additional forces of inertia of the second order occur which, like those of the first order, act on the mechanical constraints, in particular the journals of the crankshaft. More precisely, called Ï ‰ the angular speed of rotation of the crankshaft, the mathematical expression of inertial forces highlights first sinusoidal components at pulsation Ï ‰, and second components at pulsation 2Ï ‰, respectively called inertial forces of the first and second order (although the more appropriate term would be that of inertial moments). The two components are additive and, if not perfectly balanced, they induce anomalous stresses on the main journals capable of deforming the crankshaft and propagating through the frame in the form of noisy vibrations. These vibrations strain the moving mechanical parts, increasing their wear and reducing their operating life. It is therefore essential to neutralize the aforementioned dynamic forces so that only the weight of the piston and the relative thrust crank mechanism are applied to the main journals. Neutralization generally consists in balancing the moments produced by the various moving parts with respect to the axis of the crankshaft. Balancing by adding eccentric masses to the rotating parts. The balancing technique does not pose serious problems in the neutralization of the inertial forces of the first order, as the movement of the parts involved in the thrust crank mechanism is cyclical at the Ï ‰ pulsation, but not the same happens in the neutralization of the inertial forces of the second order, requiring of countershafts rotating at angular speed -2Ï ‰. Obviously, the difficulties in neutralizing the inertial forces generally decrease as the number of cylinders increases, since it is possible to choose a particular arrangement of the same along the crankshaft together with an appropriate sequence of the combustion phases designed to compensate between their various inertial contributions.

Un altro problema intrinseco ai motori alternativi consiste nel loro ingombro in direzione dell’asse longitudinale del cilindro. Tale ingombro fisso à ̈ immediatamente valutabile dalla configurazione al PMI mostrata in figura 2; esso à ̈ circa uguale alla somma dei seguenti contributi: a) l’altezza del pistone 22; b) la lunghezza della biella 25 diminuita del tratto interno al pistone, c) circa il doppio del braccio di manovella 28. Un tale ingombro non può essere ridotto più di tanto ricorrendo a bielle più corte per i seguenti motivi: a) bisognerebbe aumentare parimenti il diametro del cilindro per contenere la maggiore inclinazione della biella quando la manovella à ̈ orizzontale, b) come sarà visto a breve, la minor lunghezza della biella comporta un aumento delle forze inerziali del secondo ordine, più difficili da neutralizzare, ed occorrerà quindi raggiungere un compromesso tra il minor ingombro meccanico e le minori forze inerziali. Another intrinsic problem of reciprocating engines consists in their overall dimensions in the direction of the longitudinal axis of the cylinder. This fixed footprint can be immediately evaluated from the PMI configuration shown in figure 2; it is approximately equal to the sum of the following contributions: a) the height of piston 22; b) the length of the connecting rod 25 decreased by the internal portion of the piston, c) approximately double the crank arm 28. Such a size cannot be reduced more than that by resorting to shorter connecting rods for the following reasons: a) it should also be increased the diameter of the cylinder to contain the greater inclination of the connecting rod when the crank is horizontal, b) as will be seen shortly, the shorter length of the connecting rod involves an increase in the inertial forces of the second order, more difficult to neutralize, and it will therefore be necessary to achieve a compromise between the smaller mechanical dimensions and the lower inertial forces.

Il contributo della biella alle forze inerziali viene usualmente suddiviso in due contributi, di cui, un primo di essi puramente traslatorio à ̈ quello di una massa concentrata localizzata nel piede di biella, lato spinotto, mentre un secondo contributo puramente rotatorio à ̈ quello di una massa concentrata localizzata nella testa di biella, lato manovella. Conoscendo la lunghezza della biella e la sua massa, le due masse concentrate sono calcolate annullando i rispettivi momenti rispetto al baricentro. Il primo contributo si somma alle forze inerziali del primo e del secondo ordine generate dal pistone, mentre il secondo contributo si somma alle forze inerziali generate dalla manovella. Essendo il moto della manovella puramente rotatorio, il momento inerziale totale comprensivo del contributo proveniente dalla biella, ha solo componenti inerziali del primo ordine facilmente equilibrabili. The contribution of the connecting rod to the inertial forces is usually divided into two contributions, of which, a first of them purely translational is that of a concentrated mass located in the small end, pin side, while a second purely rotary contribution is that of a concentrated mass located in the big end, crank side. Knowing the length of the connecting rod and its mass, the two concentrated masses are calculated by canceling the respective moments with respect to the center of gravity. The first contribution is added to the inertial forces of the first and second order generated by the piston, while the second contribution is added to the inertial forces generated by the crank. Since the motion of the crank is purely rotary, the total inertial moment including the contribution coming from the connecting rod has only inertial components of the first order that can be easily balanced.

Le forze d’inerzia Fbpdel piede di biella di massa mbpche trasla assieme al pistone con accelerazione a, sono date dall’espressione: The inertia forces Fbp of the mass connecting rod foot mbp which moves together with the piston with acceleration a, are given by the expression:

(1) (1)

in cui: in which:

• à ̈ l’angolo compreso tra l’asse del cilindro e l’asse di manovella all’istante ; â € ¢ It is the angle between the cylinder axis and the crank axis at the moment;

• à ̈ la pulsazione angolare della manovella; â € ¢ It is the angular pulsation of the crank;

• à ̈ il raggio di manovella; â € ¢ It is the crank radius;

dove à ̈ la lunghezza della biella. Il parametro ha generalmente un valore basso; nell’esempio con risulta where is the length of the connecting rod. The parameter generally has a low value; in the example with results

Le forze d’inerzia del primo ordine sono date da: . The forces of inertia of the first order are given by:.

Le forze d’inerzia del secondo ordine sono date da: Second order forces of inertia are given by:

che a parità di pulsazione angolare mostrano un andamento ciclico a pulsazione doppia. Il parametro che compare con valore moltiplicativo nella sola espressione delle forze inerziali del secondo ordine, sta appunto a dimostrare che esse diminuiscono all’aumentare della lunghezza della biella rispetto al raggio di manovella, ma nel contempo aumenta l’ingombro del motore nella direzione dell’asse longitudinale del cilindro. which at the same angular pulsation show a double pulsation cyclic trend. The parameter that appears with a multiplicative value in the expression of the inertial forces of the second order only, demonstrates that they decrease as the length of the connecting rod increases with respect to the crank radius, but at the same time increases the size of the engine in the direction of the longitudinal axis of the cylinder.

Nella tecnica dei motori endotermici alternativi à ̈ noto l’utilizzo di bielle connesse ad un manovellismo ipocicloidale 2:1 in grado di imprimere alla biella un moto lineare in grado di mantenere l’asta di biella allineata all’asse del cilindro, così da escludere l’insorgenza di forze inerziali del secondo ordine in seno alla biella. Le bielle utilizzate in tali esempi non mutano la loro tradizionale forma allungata e neppure il tipo di connessione al pistone, ragion per cui non si ottiene una semplificazione della meccanica e neppure la riduzione degli ingombri. Scopi dell’invenzione In the alternative endothermic engine technique, the use of connecting rods connected to a 2: 1 hypocycloidal crank mechanism is known, capable of imparting a linear motion to the connecting rod capable of keeping the connecting rod aligned with the axis of the cylinder, so as to exclude the onset of second order inertial forces within the connecting rod. The connecting rods used in these examples do not change their traditional elongated shape nor the type of connection to the piston, which is why a simplification of the mechanics or a reduction in overall dimensions is not obtained. Aims of the invention

Scopo della presente invenzione à ̈ quello ridurre le forze inerziali generate nei motori endotermici alternativi, in specie dalle bielle, semplificando contestualmente la meccanica e riducendo gli ingombri. The purpose of the present invention is to reduce the inertial forces generated in the reciprocating endothermic engines, in particular by the connecting rods, simultaneously simplifying the mechanics and reducing the overall dimensions.

Sommario dell’invenzione Summary of the invention

Per conseguire tali scopi la presente invenzione ha per oggetto un motore endotermico comprendente: To achieve these purposes, the present invention relates to an internal combustion engine comprising:

− almeno un corpo cavo, chiamato in seguito cilindro, la cui cavità chiusa ad una estremità di testa si estende lungo un asse longitudinale; ∠’at least one hollow body, hereinafter called a cylinder, whose cavity closed at one end of the head extends along a longitudinal axis;

− un pistone cavo che può traslare entro il cilindro a contatto della parete delimitando in contrapposizione alla testa del cilindro una camera di volume variabile entro cui innescare ciclicamente la combustione di una miscela gassosa di aria e combustibile e sfruttare i gas combusti per accelerare il pistone; ∠'a hollow piston that can move inside the cylinder in contact with the wall, delimiting a variable volume chamber in contrast to the cylinder head in which to cyclically trigger the combustion of a gaseous mixture of air and fuel and exploit the burnt gases to accelerate the piston ;

− un meccanismo di conversione del moto traslatorio del pistone in moto rotatorio dell’albero motore, e viceversa, ∠’a mechanism for converting the translational motion of the piston into the rotary motion of the crankshaft, and vice versa,

in cui secondo l’invenzione: in which according to the invention:

− il detto meccanismo à ̈ contenuto nel pistone, l’albero motore attraversando la parete del cilindro e del pistone ortogonalmente al detto asse longitudinale, la parete del pistone avendo delle aperture contrapposte che gli consentono di traslare a cavallo dell’albero motore durante l’intera corsa, come descritto nella rivendicazione 1. â 'the said mechanism is contained in the piston, the crankshaft crossing the wall of the cylinder and of the piston orthogonally to the said longitudinal axis, the wall of the piston having opposite openings that allow it to move across the crankshaft during the entire run, as described in claim 1.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose della presente invenzione, nelle sue diverse forme di realizzazione ritenute innovative, sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti. Further advantageous characteristics of the present invention, in its various embodiments considered innovative, are described in the dependent claims.

Secondo un aspetto dell’invenzione sia il cilindro che il pistone hanno forma parallelepipeda con le facce attraversate dall’albero motore pressoché quadrate, il pistone essendo chiuso da una parete di base. According to one aspect of the invention, both the cylinder and the piston have a parallelepiped shape with the faces crossed by the crankshaft almost square, the piston being closed by a base wall.

In accordo ad un primo esempio di realizzazione dell’invenzione, il detto meccanismo di conversione del moto traslatorio del pistone in moto rotatorio dell’albero motore include: According to a first example of embodiment of the invention, the said mechanism for converting the translational motion of the piston into the rotary motion of the crankshaft includes:

− un pignone solidale e coassiale ad un perno di manovella dell’albero motore, la circonferenza primitiva dei denti del pignone avendo un raggio uguale alla distanza tra l’asse del pignone e l’asse dell’albero motore; ∠’a pinion integral and coaxial to a crank pin of the crankshaft, the primitive circumference of the pinion teeth having a radius equal to the distance between the pinion axis and the crankshaft axis;

− una corona dentata ricavata in un setto solidale al pistone disposto in modo che i denti interni della corona possano ingranare i denti del pignone, il raggio della circonferenza primitiva della corona a denti interni essendo doppio del raggio della circonferenza primitiva dei denti del pignone; ∠’a toothed crown obtained in a septum integral with the piston arranged so that the internal teeth of the crown can mesh with the teeth of the pinion, the radius of the pitch circumference of the internal tooth crown being double the radius of the pitch circumference of the pinion teeth;

− un eccentrico circolare libero di ruotare sul perno di manovella restando a contatto della parete del pistone durante l’intera corsa così da mantenere costantemente ingranato il pignone alla corona. ⠒a circular eccentric free to rotate on the crank pin remaining in contact with the piston wall during the entire stroke so as to keep the pinion constantly engaged with the crown.

Il primo esempio di realizzazione dell’invenzione applica la geometria delle curve ipocicloidali con rapporto 2:1 tra il raggio di una circonferenza fissa e il raggio di una circonferenza mobile che rotola entro quella fissa. Con tale rapporto à ̈ noto che un punto sulla circonferenza mobile percorre un diametro (rulletta) della circonferenza fissa in entrambi i sensi durante un rotolamento completo. La novità consistendo nel fatto che la corona a denti interni (corrispondente alla circonferenza fissa nella rappresentazione geometrica) viene ora forzata a traslare lungo un proprio diametro in modo alterno, costringendo il pignone, con l’ausilio di un eccentrico, a rotolare entro la corona ponendo in rotazione una manovella. In pratica, la corona a denti interni à ̈ ricavata in una parete interna al pistone a guisa di setto, mentre l’eccentrico munito di fasce anulari di metallo antiattrito può ruotare entro una sede ricavata oltre il setto della corona dentata. The first example of embodiment of the invention applies the geometry of hypocycloidal curves with a ratio of 2: 1 between the radius of a fixed circumference and the radius of a mobile circumference that rolls within the fixed one. With this ratio it is known that a point on the mobile circumference runs through a diameter (roller) of the fixed circumference in both directions during a complete roll. The novelty consists in the fact that the internal toothed crown (corresponding to the fixed circumference in the geometric representation) is now forced to translate along its own diameter alternately, forcing the pinion, with the help of an eccentric, to roll within the crown by turning a crank. In practice, the internal toothed crown is obtained in a wall inside the piston in the form of a septum, while the eccentric equipped with annular bands of anti-friction metal can rotate within a seat obtained beyond the septum of the toothed crown.

La traslazione PMS → PMI à ̈ comandata dai gas combusti mentre la traslazione PMI → PMS dall’inerzia di un volano posto in rotazione dall’albero motore, come d’altronde avviene nei motori tradizionali. Quando il pistone trasla dal PMS al PMI la parete del pistone esercita una forza sul bordo dell’eccentrico circolare costringendolo a ruotare in un senso (o indifferentemente nell’altro a seconda della posizione iniziale) attorno al perno di manovella, l’eccentricità compensando la variazione di distanza che in caso contrario verrebbe a determinarsi tra pignone e corona durante la traslazione del pistone; con ciò il pignone à ̈ mantenuto costantemente ingranato alla corona. The PMS â † ’PMI translation is controlled by the flue gases while the PMI â †’ PMS translation by the inertia of a flywheel rotated by the crankshaft, as happens in traditional engines. When the piston moves from TDC to PMI, the piston wall exerts a force on the edge of the circular eccentric forcing it to rotate in one direction (or indifferently in the other depending on the initial position) around the crank pin, the eccentricity by compensating for the distance variation that would otherwise occur between pinion and crown during piston translation; with this the pinion is kept constantly engaged with the crown.

Giova ricordare che gli esempi noti di utilizzo della geometria ipocicloidale 2:1 sono piuttosto differenti da quello descritto, soprattutto perché il manovellismo adottato in tali esempi à ̈ rigorosamente esterno al pistone. It should be remembered that the known examples of use of the 2: 1 hypocycloidal geometry are quite different from the one described, above all because the crank mechanism adopted in these examples is strictly external to the piston.

Secondo un aspetto dell’invenzione, l’eccentrico circolare à ̈ una ruota o un disco con una propria semiparte di massa confrontabile alla massa del pistone, detta massa alzandosi ed abbassandosi per effetto della rotazione eccentrica in sincronia con la traslazione alterna del pistone, ma in direzione opposta, bilancia le forze inerziali causate dall’accelerazione del pistone. According to an aspect of the invention, the circular eccentric is a wheel or a disc with its own half-part of mass comparable to the mass of the piston, said mass rising and lowering due to the eccentric rotation in synchrony with the alternate translation of the piston , but in the opposite direction, it balances the inertial forces caused by the acceleration of the piston.

Circa le modalità di fabbricazione del pistone, sarebbe vantaggioso che le pareti attraversate dall’albero motore abbiano ampie aperture che consentano l’inserimento di un collo d’oca ottenuto in unico pezzo. In tal modo la dentatura del pignone può essere ottenuta mediante asportazione di truciolo da una estremità di diametro eccedente del perno di manovella. L’eccentrico potrà essere realizzato in due parti, ciascuna dotata di una semisede semicircolare da porre a contatto del perno di manovella. I semimanicotti che ospitano le due semisedi saranno giuntabili tra loro mediante bulloni. Per quanto concerne il cilindro, anch’esso dovrà consentire l’attraversamento da parte dell’albero motore e ciò à ̈ possibile secondo differenti modalità, ad esempio, costruendo il cilindro in due parti giuntabili con rispettive semisedi per le bronzine di banco. Regarding the manufacturing methods of the piston, it would be advantageous if the walls crossed by the crankshaft have large openings that allow the insertion of a gooseneck obtained in a single piece. In this way the toothing of the pinion can be obtained by removing chips from an extremity with an excess diameter of the crank pin. The eccentric can be made in two parts, each with a semicircular half-seat to be placed in contact with the crank pin. The half-sleeves that house the two half-seats will be joined together by means of bolts. As far as the cylinder is concerned, it too must allow the crankshaft to pass through and this is possible in different ways, for example, by building the cylinder in two parts that can be joined with respective half seats for the main bushings. .

Secondo un aspetto dell’invenzione: According to one aspect of the invention:

− le pareti delle facce striscianti del pistone hanno dei fori di uscita dell’olio lubrificante fatto circolare in pressione all’interno del pistone, e dei fori d’ingresso dell’olio raccolto dalle pareti; ⠒the walls of the sliding faces of the piston have outlet holes for the lubricating oil circulated under pressure inside the piston, and inlet holes for the oil collected from the walls;

− la parete di ciascuna faccia strisciante del pistone ha delle scanalature per l’inserimento di lamine accoppiate a mezzi resilienti in grado di spingerle contro la parete del cilindro per distribuire l’olio di lubrificazione e poi spazzarlo; ∠’the wall of each sliding face of the piston has grooves for the insertion of sheets coupled to resilient means capable of pushing them against the cylinder wall to distribute the lubrication oil and then sweep it;

− prime lamine essendo disposte lungo il lati delle pareti attraversate dall’albero motore a formare delle fasce perimetrali; ⠒first sheets being arranged along the sides of the walls crossed by the drive shaft to form perimeter bands;

− seconde lamine essendo disposte trasversalmente alle pareti adiacenti ed includendo delle sedi sui fianchi per l’incastro alle fasce perimetrali. ⠒second sheets being arranged transversely to the adjacent walls and including seats on the sides for interlocking with the perimeter bands.

Secondo un aspetto dell’invenzione, le lamine trasversali sono in coppia di lamine sovrapposte, ciascuna avente una finestra rettangolare disposta longitudinalmente in posizione asimmetrica rispetto al centro sfalsata da una lamina all’altra, per l’inclusione di mezzi resilienti atti ad esercitare una pressione contro i lati disallineati delle finestre facenti traslare le lamine in opposte direzioni contro le fasce perimetrali. According to one aspect of the invention, the transverse sheets are in pairs of superimposed sheets, each having a rectangular window arranged longitudinally in an asymmetrical position with respect to the center offset from one sheet to the other, for the inclusion of resilient means suitable for exert pressure against the misaligned sides of the windows making the sheets translate in opposite directions against the perimeter bands.

Secondo un aspetto dell’invenzione, i mezzi resilienti accoppiati alle fasce perimetrali esercitano una pressione in direzione ortogonale ai lati più lunghi delle lamine trasversali, trasmessa a queste ultime dagli incastri. According to an aspect of the invention, the resilient means coupled to the perimeter bands exert a pressure in an orthogonal direction on the longer sides of the transversal sheets, transmitted to the latter by the joints.

Secondo un aspetto dell’invenzione il motore endotermico à ̈ un motore a due tempi a lubrificazione separata dal combustibile e luci d’immissione e di scarico alla stessa quota di pareti opposte del cilindro, le corrispondenti pareti del pistone includendo, ciascuna, tre lamine trasversali, di cui, due collocate alle estremità rispettivamente superiore ed inferiore rispetto al cielo del pistone e la terza intermedia, ed i detti fori di uscita e d’ingresso dell’olio essendo compresi tra la lamina intermedia e la lamina inferiore, la lamina intermedia essendo distante dalla lamina superiore più della lunghezza della corsa, collocandosi oltre le luci d’immissione e di scarico quando il pistone à ̈ al punto morto superiore, con ciò impedendo l’ingresso di olio nella camera di combustione. According to one aspect of the invention, the internal combustion engine is a two-stroke engine with separate lubrication from the fuel and inlet and exhaust ports at the same level of opposite cylinder walls, the corresponding piston walls including, each, three transversal plates, of which, two located at the ends respectively upper and lower with respect to the piston crown and the third intermediate, and said oil outlet and inlet holes being included between the intermediate plate and the lower plate, the intermediate plate being further away from the upper plate than the stroke length, placing itself beyond the inlet and exhaust ports when the piston is at top dead center, thereby preventing the entry of oil into the combustion chamber.

Secondo un aspetto dell’invenzione riferita al motore a due tempi, la porzione di ciascuna parete del pistone compresa tra la lamina trasversale intermedia e la lamina trasversale superiore à ̈ indurita superficialmente, e le pareti del cilindro sono solcate da micro linee incrociate in grado di trattenere una certa quantità di olio anche dopo essere state spazzate dalle lamine trasversali in risalita ver so il punto morto superiore, poi ceduta alla zona indurita superficialmente durante la discesa al punto morto inferiore. According to an aspect of the invention referring to the two-stroke engine, the portion of each wall of the piston between the intermediate transverse leaf and the upper transverse leaf is surface hardened, and the cylinder walls are furrowed by micro-lines capable of to retain a certain quantity of oil even after having been swept by the transversal blades rising towards the top dead center, then yielded to the surface hardened area during the descent to the bottom dead center.

Il meccanismo interno al pistone per la conversione del moto da alternato a rotatorio, e viceversa, à ̈ semplice da realizzare e possiede diversi vantaggi, tuttavia la cilindrata sviluppata potrebbe risultare troppo elevata in relazione alla corsa, specialmente quando il collo d’oca interno al pistone à ̈ massimamente dimensionamento. Questo accade perché sia l’area della sezione quadrata del pistone, come pure la corsa, sono strettamente vincolate al raggio della circonferenza primitiva del pignone. Nel caso di minimo dimensionamento del collo d’oca in cui l’albero motore ha lo stesso raggio R del pignone, la corsa e il lato della sezione quadrata del pistone risultano rispettivamente uguali a 4R e 6R, sviluppando una cilindrata di 24R<2>d, dove d à ̈ la profondità del pistone. Si evince che per limitare la cilindrata e farla rientrare nei valori di corrette proporzioni dimensionali, si dovrebbe ridurre il parametro d e quindi la profondità del pistone, penalizzando di conseguenza l’area delle luci di lavaggio e di scarico nel motore a due tempi. The mechanism inside the piston for converting the motion from alternating to rotary, and vice versa, is simple to make and has several advantages, however the developed displacement could be too high in relation to the stroke, especially when the internal gooseneck to the piston is maximally sizing. This happens because both the area of the square section of the piston, as well as the stroke, are strictly linked to the radius of the pitch circumference of the pinion. In the case of minimum sizing of the gooseneck in which the crankshaft has the same radius R as the pinion, the stroke and the side of the square section of the piston are respectively equal to 4R and 6R, developing a displacement of 24R < 2> d, where d is the depth of the piston. It is clear that in order to limit the displacement and make it fall within the values of correct dimensional proportions, the parameter d and therefore the depth of the piston should be reduced, consequently penalizing the area of the washing and exhaust ports in the two-stroke engine.

Il problema appena esposto viene risolto da un secondo esempio di realizzazione dell’invenzione in cui il meccanismo di trasformazione del moto collocato all’interno del pistone non sfrutta l’accoppiamento tra ruote dentate, ma sfrutta unicamente l’interferenza esercitata dalla parete del pistone su almeno un eccentrico accoppiato ad una manovella di spinta, come d’altronde già avviene nel pistone prima descritto, ma al solo fine di mantenere l’ingranamento tra pignone e corona. The problem just described is solved by a second example of realization of the invention in which the motion transformation mechanism located inside the piston does not exploit the coupling between toothed wheels, but only exploits the interference exerted by the piston wall on at least one eccentric coupled to a thrust crank, as already occurs in the piston described above, but only for the purpose of maintaining meshing between pinion and crown.

Pertanto in conformità ad un secondo esempio di realizzazione dell’invenzione, il suddetto meccanismo interno al pistone include almeno un primo perno di manovella sul quale à ̈ libero di ruotare un eccentrico circolare restando a contatto della parete del pistone durante l’intera corsa, l’eccentrico circolare avendo un valore di eccentricità uguale alla distanza dell’asse del perno di manovella dall’asse dell’albero motore. Therefore, in accordance with a second example of embodiment of the invention, the aforesaid mechanism inside the piston includes at least a first crank pin on which a circular eccentric is free to rotate while remaining in contact with the piston wall during the entire stroke. , the circular eccentric having an eccentricity value equal to the distance of the axis of the crank pin from the axis of the crankshaft.

Il secondo esempio di realizzazione descrive il più semplice meccanismo di conversione del moto interno al pistone, che non à ̈ ottimale per quanto concerne la simmetria delle accelerazioni agenti lungo la corsa, e pertanto non garantisce l’assenza di forze inerziali del secondo ordine, i vantaggi (a parità di cilindrata sviluppata) compensano abbondantemente la lacuna, poiché à ̈ stato possibile realizzare pistoni che permettono l’utilizzo di alberi motore e perni di manovella maggiormente dimensionati in relazione alla corsa del pistone rispetto al pistone ad ingranaggi ipocicloidali 2:1. Una variante cercherà di rimediare la lacuna evidenziata a spese di una complicazione nella meccanica interna al pistone. The second example of embodiment describes the simplest mechanism for converting the motion inside the piston, which is not optimal as regards the symmetry of the accelerations acting along the stroke, and therefore does not guarantee the absence of second order inertial forces, the advantages (with the same developed displacement) abundantly compensate for the gap, since it was possible to make pistons that allow the use of crankshafts and crank pins that are more dimensioned in relation to the stroke of the piston compared to the hypocycloidal gear piston 2 : 1. A variant will try to remedy the gap highlighted at the expense of a complication in the internal mechanics of the piston.

Si può apprezzare come restino invariate le caratteristiche tecniche più significative del motore dell’invenzione, e cioà ̈ che il pistone include il meccanismo di conversione del moto al proprio interno il quale lo obbliga a traslare a cavallo del pistone. It can be appreciated how the most significant technical characteristics of the engine of the invention remain unchanged, namely that the piston includes the motion conversion mechanism inside which forces it to move astride the piston.

L’esempio di realizzazione basato sull’eccentrico si discosta non poco dai motori alternativi tradizionali in cui l’organo di collegamento tra pistone e manovella à ̈ appunto la biella, universalmente intesa nel contesto motoristico come un’asta dotata di una sede circolare in corrispondenza di ciascuna estremità per altrettanti perni: lo spinotto solidale al pistone ed il perno di manovella solidale all’albero motore. La biella tradizionale compie un moto rototraslatorio di limitata escursione angolare e di ampia traslazione, che comporta i problemi già menzionati; inoltre per come essa à ̈ fatta risulta quasi completamente esterna al pistone, come ovviamente la manovella. Di converso, l’eccentrico interno al pistone compie un moto rototraslatorio la cui componente rotazionale à ̈ prevalente rispetto alla traslazione (una rotazione completa ad ogni traslazione uguale al doppio dell’eccentricità) e pertanto la condizione ideale di assenza di componenti inerziali del secondo ordine à ̈ ben approssimata. The example of construction based on the eccentric differs considerably from traditional alternative engines in which the connecting element between piston and crank is precisely the connecting rod, universally understood in the motoring context as a rod equipped with a circular seat at each end for as many pins: the pin integral with the piston and the crank pin integral with the crankshaft. The traditional connecting rod performs a rototranslatory motion of limited angular excursion and wide translation, which involves the problems already mentioned; furthermore the way it is made is almost completely external to the piston, as obviously the crank. Conversely, the internal eccentric of the piston performs a rototranslatory motion whose rotational component is prevalent with respect to translation (a complete rotation at each translation equal to double the eccentricity) and therefore the ideal condition of absence of inertial components of the second order is well approximated.

Per una migliore comprensione del secondo esempio di realizzazione dell’invenzione giova considerare un sistema di riferimento cartesiano in un piano trasversale all’asse dell’albero motore, in cui l’asse delle ordinate coincide all’asse del pistone. In questo riferimento la rotazione del generico punto appartenente all’asse geometrico del perno di manovella à ̈ descritta dalle funzioni del tempo: , che definiscono una circonferenza, dove à ̈ la lunghezza del braccio di manovella corrispondente alla distanza tra l’asse del relativo perno e l’asse dell’albero motore; ; ed à ̈ la velocità angolare dell’albero motore. L’elemento di superficie interno della testa del pistone a contatto del bordo dell’eccentrico circolare trasmette a quest’ultimo una forza longitudinale, tale forza ha un braccio non nullo rispetto all’asse di rotazione dell’eccentrico e può quindi generare un momento che da il via ad una rotazione infinitesima dell’eccentrico attorno al perno di manovella. La rotazione elementare dell’eccentrico, essendo dissimmetrica, esercita una pressione contro la parete laterale del pistone, la cui reazione ortogonale sul bordo dell’eccentrico si trasmette al perno di manovella. La risultante delle forze agenti sul perno di manovella ha due componenti variabili lungo gli assi cartesiani, che comportano anche due rispettive traslazioni soggette al vincolo rigido del perno di manovella con l’asse dell’albero motore. Tale vincolo, unitamente alle scelte dimensionali operate, comportano la rotazione del braccio di manovella attorno all’asse dell’albero motore causata dal moto del pistone. In definitiva, l’eccentrico ruota attorno ad un asse mobile che a sua volta ruota attorno ad un asse fisso. Gli atti di moto infinitesimi producono l’effetto macroscopico osservabile in ciascuna geometria caratterizzata da un proprio valore del rapporto tra la lunghezza del braccio di manovella e l’eccentricità dell’eccentrico circolare. Geometrie caratterizzate dal valore 2 consentono il moto planetario dell’eccentrico, altri valori possono non sempre risultare compatibili ad un movimento ciclico del pistone. Il vincolo imposto dalla fissità della distanza distanze tra le pareti del pistone, unitamente agli altri vincoli geometrici, consente di completare la rotazione eccentrica quando à ̈ l’albero motore ad imprimere il momento di spinta da trasformare in traslazione del pistone. For a better understanding of the second example of realization of the invention it is useful to consider a Cartesian reference system in a plane transversal to the axis of the crankshaft, in which the axis of the ordinates coincides with the axis of the piston. In this reference, the rotation of the generic point belonging to the geometric axis of the crank pin is described by the functions of time:, which define a circumference, where is the length of the crank arm corresponding to the distance between the axis of the crank relative pin and the axis of the crankshaft; ; and is the angular speed of the crankshaft. The internal surface element of the piston head in contact with the edge of the circular eccentric transmits a longitudinal force to the latter, this force has a non-zero arm with respect to the axis of rotation of the eccentric and can then generate a moment that triggers an infinitesimal rotation of the eccentric around the crank pin. The elementary rotation of the eccentric, being asymmetrical, exerts a pressure against the lateral wall of the piston, whose orthogonal reaction on the edge of the eccentric is transmitted to the crank pin. The resultant of the forces acting on the crank pin has two variable components along the Cartesian axes, which also involve two respective translations subject to the rigid constraint of the crank pin with the axis of the crankshaft. This constraint, together with the dimensional choices made, involve the rotation of the crank arm around the axis of the crankshaft caused by the motion of the piston. Ultimately, the eccentric rotates around a moving axis which in turn rotates around a fixed axis. The acts of infinitesimal motion produce the macroscopic effect observable in each geometry characterized by its own value of the ratio between the length of the crank arm and the eccentricity of the circular eccentric. Geometries characterized by the value 2 allow the planetary motion of the eccentric, other values may not always be compatible with a cyclic movement of the piston. The constraint imposed by the fixedness of the distance between the walls of the piston, together with the other geometric constraints, allows the eccentric rotation to be completed when it is the crankshaft that gives the moment of thrust to be transformed into translation of the piston.

Si à ̈ visto che per generare in qualunque istante del ciclo operativo il momento rotazionale dell’albero motore partendo da una forza propulsiva unidirezionale, sia necessario produrre una componente della forza ortogonale a tale direzione e di senso alterno. Questo discende dal fatto che il punto di applicazione della forza ruota sulla circonferenza che deve percorrere il perno di manovella. Nel pistone del primo esempio di realizzazione la componente ortogonale à ̈ generata dal rotolamento continuativo del pignone sulla corona. L’ingranamento tra i due mediato dall’eccentrico crea un vincolo meccanico particolarmente robusto in grado di trasferire alla componente ortogonale la potenza necessaria. Nel pistone del secondo esempio di realizzazione la suddetta componente ortogonale à ̈ invece generata da soli vincoli geometrici tra parete ed eccentrico e tra questi ed il perno di manovella, vincoli questi non così diretti come invece l’ingranamento, ed inoltre maggiormente soggetti all’attrito dovuto allo strisciamento dell’eccentrico sulle pareti del pistone, come usualmente avviene in un accoppiamento a bronzina. It has been seen that to generate the rotational moment of the crankshaft at any instant of the operating cycle starting from a unidirectional propulsive force, it is necessary to produce a component of the force orthogonal to this direction and of alternating direction. This derives from the fact that the point of application of the force rotates on the circumference that the crank pin must travel. In the piston of the first example of embodiment, the orthogonal component is generated by the continuous rolling of the pinion on the crown. The meshing between the two mediated by the eccentric creates a particularly robust mechanical constraint capable of transferring the necessary power to the orthogonal component. In the piston of the second embodiment example, the aforementioned orthogonal component is instead generated only by geometric constraints between the wall and the eccentric and between these and the crank pin, these constraints not as direct as the meshing, and moreover more subject to Friction due to the sliding of the eccentric on the piston walls, as usually occurs in a bushing coupling.

Il problema che si pone à ̈ quindi quello di come più efficacemente generare una componente della forza ortogonale alla direzione di traslazione del pistone in mancanza di un vincolo meccanico “diretto†tra pistone e perno di manovella del tipo ad ingranamento oppure ad asta pivotante con due estremità imperniate come nelle bielle tradizionali. Più in generale, il problema à ̈ quello di come convertire mediante eccentrici il moto traslatorio del pistone in rotatorio dell’albero motore, e viceversa, con uniformità e simmetria delle accelerazioni lungo l’intera corsa tale da minimizzare se non annullare le forze inerziali del secondo ordine. The problem that arises is therefore that of how to generate a force component orthogonal to the direction of translation of the piston more effectively in the absence of a `` direct '' mechanical constraint between piston and crank pin of the meshing or pivoting rod type with two ends hinged as in traditional connecting rods. More generally, the problem is how to convert the translational motion of the piston into the rotational motion of the crankshaft by means of eccentrics, and vice versa, with uniformity and symmetry of the accelerations along the entire stroke such as to minimize if not cancel the forces second order inertials.

Risolve questo problema una variante del secondo esempio di realizzazione dell’invenzione in cui il meccanismo interno al pistone ulteriormente include: − una secondo perno di manovella di diametro inferiore al diametro del primo perno di manovella, l’asse del secondo perno di manovella essendo distante dall’asse del primo perno di manovella di quanto il primo perno di manovela dista dall’asse dell’albero motore; This problem is solved by a variant of the second example of embodiment of the invention in which the internal mechanism of the piston further includes: ∠'a second crank pin with a diameter smaller than the diameter of the first crank pin, the axis of the second crank pin crank being distant from the axis of the first crank pin than the first crank pin is from the axis of the crankshaft;

− una doppia slitta simile ad un telaio entro cui può ruotare il secondo perno di manovella restando a contatto delle pareti della slitta; ∠’a double slide similar to a frame within which the second crank pin can rotate while remaining in contact with the sides of the slide;

− due coppie di binari, ciascuna coppia solidale ad una rispettiva parete del pistone attraversata dall’albero motore, i binari avendo lunghezza uguale alla parete di applicazione ed essendo disposti ortogonalmente all’asse di traslazione del pistone, reciprocamente distanziati per accogliere la slitta e guidarla durante la traslazione nei due sensi compiuta ad ogni giro della seconda manovella. â 'two pairs of tracks, each pair integral with a respective wall of the piston crossed by the drive shaft, the tracks having the same length as the application wall and being arranged orthogonally to the translation axis of the piston, mutually spaced to accommodate the slide and guide it during the translation in both directions performed at each turn of the second crank.

In pratica, l’eccentrico sviluppa il moto rettilineo alternato del pistone lungo l’asse del cilindro, mentre il secondo perno di manovella accoppiato alla slitta contribuisce a sviluppare il moto rettilineo alternato ortogonale nella direzione congruente al moto del pistone, e questo risolve il problema tecnico annunciato ed aiuta il rapido superamento dei punti morti della corsa in prossimità dei quali la componente ortogonale della forza assume intrinsecamente i valori più bassi. La configurazione della variante ha in comune con la funzione ipocicloidale rettilinea alternata alcune caratteristiche salienti, come ad esempio il fatto che la corsa del pistone sia uguale a quattro volte l’eccentricità, e che ad ogni 90° di rotazione dell’albero motore corrisponda una traslazione del pistone uguale al valore di eccentricità. È palese la simmetria nel movimento che consente analoghi risultati. In practice, the eccentric develops the reciprocating rectilinear motion of the piston along the axis of the cylinder, while the second crank pin coupled to the slide helps to develop the alternating rectilinear motion orthogonal in the direction congruent to the motion of the piston, and this solves the announced technical problem and helps the rapid overcoming of the dead points of the race in proximity of which the orthogonal component of the force inherently assumes the lowest values. The configuration of the variant has some salient features in common with the alternating rectilinear hypocycloidal function, such as the fact that the piston stroke is equal to four times the eccentricity, and that at every 90 ° of rotation of the crankshaft a translation of the piston corresponds to the eccentricity value. The symmetry of movement that allows similar results is evident.

Vantaggi dell’invenzione Advantages of the invention

La presente invenzione nel suo primo esempio di realizzazione assomma i vantaggi del motore Wankel a quelli dei più tradizionali motori alternativi. Infatti, come per il Wankel sono assenti le forze inerziali del secondo ordine difficili da neutralizzare, mentre come per i motori alternativi i problemi di fattibilità ed affidabilità sono minori. Inoltre, la meccanica interna al pistone à ̈ di grande semplicità. Occorre precisare che il moto alternato ipocicloidale del pistone, e dell’eccentrico che trasla con esso, segue una legge diversa da quella di un pistone tradizionale vincolato ad una classica biella. Infatti, in un pistone tradizionale a causa della lunghezza finita della biella, la velocità al PMS à ̈ superiore alla velocità al PMI, e con esse le relative accelerazioni, causando l’insorgere di accelerazioni del secondo ordine per eguagliare i due contributi all’accelerazione complessiva. Il pistone descritto nella prima forma realizzativa genera solo forze inerziali del primo ordine, più facili da neutralizzare. Infatti, partendo dall’equazione parametrica della generica ipocicloide: The present invention in its first example of embodiment combines the advantages of the Wankel engine with those of the more traditional reciprocating engines. In fact, as for the Wankel, the inertial forces of the second order that are difficult to neutralize are absent, while as for the alternative engines the feasibility and reliability problems are minor. Furthermore, the internal mechanics of the piston are extremely simple. It should be noted that the hypocycloidal reciprocating motion of the piston, and of the eccentric that translates with it, follows a law different from that of a traditional piston bound to a classic connecting rod. In fact, in a traditional piston due to the finite length of the connecting rod, the speed at TDC is higher than the speed at PMI, and with them the relative accelerations, causing the onset of second order accelerations to equal the two contributions to the ™ overall acceleration. The piston described in the first embodiment generates only first order inertial forces, which are easier to neutralize. In fact, starting from the parametric equation of the generic hypocycloid:

(2) (2)

dove a à ̈ il raggio della circonferenza di diametro maggiore (la corona dentata) entro cui rotola senza strisciare la circonferenza di diametro minore b (il pignone) ; mentre à ̈ l’angolo spazzato da un punto della circonferenza di diametro b al tempo t. where a is the radius of the circumference with the largest diameter (the ring gear) within which the circumference with the smallest diameter b (the pinion) rolls without crawling; while it is the angle swept by a point of the circumference of diameter b at time t.

Ponendo , si ottiene: By setting, we obtain:

(3) (3)

che rappresenta l’equazione parametrica di una retta corrispondente al diametro della circonferenza di diametro percorsa dal pistone con legge cosinusoidale. La corrispondente accelerazione à ̈: which represents the parametric equation of a straight line corresponding to the diameter of the circumference of diameter traveled by the piston with cosine law. The corresponding acceleration is:

(4) (4)

del tutto priva di componenti del secondo ordine del tipo . entirely devoid of second-order components of the type.

L’eccentrico interno al pistone compie una rototraslazione la cui componente traslazionale sulla circonferenza percorsa dal perno di manovella attorno all’albero motore à ̈ sincrona al moto ipocicloidale del pistone, per cui esso genera solo forze inerziali del primo ordine facili da bilanciare. L’eccentrico differisce pertanto da una tradizionale biella sia nella forma sia nel funzionamento, pur se come una biella esso à ̈ interposto tra la “manovella†e il pistone ma differentemente accoppiato. Come già fatto notare, una buona parte del bilanciamento delle forze inerziali dovute al pistone à ̈ già vantaggiosamente ottenuta all’interno dello stesso, grazie ad una disuniformità studiata nella massa dell’eccentrico. The internal eccentric of the piston performs a roto-translation whose translational component on the circumference traveled by the crank pin around the crankshaft is synchronous to the hypocycloidal motion of the piston, so it generates only inertial forces of the first order that are easy to balance. The eccentric therefore differs from a traditional connecting rod both in form and in operation, even if like a connecting rod it is interposed between the â € œcrankâ € and the piston but differently coupled. As already pointed out, a good part of the balancing of the inertial forces due to the piston is already advantageously obtained inside it, thanks to a studied non-uniformity in the mass of the eccentric.

La seconda forma di realizzazione della presente invenzione permette, a parità di cilindrata, di ridurre gli interassi tra l’albero motore e gli altri elementi coinvolti nella conversione del moto, rendendo possibile ridurre gli ingombri nella meccanica rispetto sia al motore ipocicloidale ad ingranaggi che ai tradizionali motori alternativi, e questo consente di abbassare il baricentro aumentando la stabilità della vettura. La variante, a spese di una complicazione del pistone, consente la minimizzazione se non l’annullamento delle forze inerziali del secondo ordine. The second embodiment of the present invention allows, for the same displacement, to reduce the center distances between the drive shaft and the other elements involved in the motion conversion, making it possible to reduce the overall dimensions in the mechanics with respect to both the hypocycloidal gear motor and to traditional reciprocating engines, and this allows the center of gravity to be lowered, increasing the stability of the car. The variant, at the expense of a complication of the piston, allows the minimization if not the cancellation of the inertial forces of the second order.

Da ultimo, non essendoci problemi nel raggiungimento di elevati valori di compressione, il motore della presente invenzione può funzionare secondo il ciclo Diesel senza dover utilizzare un compressore Root o di altro tipo. Il complesso sistema di fasce garantisce la tenuta dell’olio fatto circolare da una pompa entro il pistone per la lubrificazione separata degli elementi in movimento ed un efficace raffreddamento degli stessi. Nei motori a due tempi il sistema di fasce evi ta la contaminazione dell’aria aspirata, o della miscela aria-combustibile, con l’olio di lubrificazione. Lastly, since there are no problems in reaching high compression values, the engine of the present invention can operate according to the Diesel cycle without having to use a Root or other type of compressor. The complex system of bands guarantees the tightness of the oil circulated by a pump within the piston for the separate lubrication of the moving elements and an effective cooling of the same. In two-stroke engines, the belt system avoids contamination of the intake air, or of the air-fuel mixture, with the lubricating oil.

Breve descrizione delle figure Brief description of the figures

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui: − la figura 1 à ̈ una vista in elevazione di un motore Wankel con lo statore aperto per mostrarne il rotore; Further objects and advantages of the present invention will become clear from the following detailed description of an example of its embodiment and from the annexed drawings given purely for explanatory and non-limiting purposes, in which: ∠'figure 1 is an elevation view of a Wankel motor with the stator open to show the rotor;

− le figure da 2 a 5 rappresentano quattro diversi istanti di un ciclo di funzionamento di un motore alternativo a due tempi di tipo noto; ∠’Figures 2 to 5 represent four different instants of an operating cycle of a two-stroke reciprocating engine of a known type;

− la figura 6 à ̈ una schematizzazione geometrica di come generare una ipocicloide rettilinea a due sensi di percorrenza, quale principio ispiratore della presente invenzione; ∠’Figure 6 is a geometric schematic of how to generate a rectilinear hypocycloid with two directions of travel, as the guiding principle of the present invention;

− la figura 7 à ̈ una schematizzazione dell’invenzione che realizza un movimento ipocicloide del pistone come in figura 6; ∠’figure 7 is a schematization of the invention that realizes a hypocycloid movement of the piston as in figure 6;

− la figura 8 à ̈ una vista in sezione longitudinale frontale di un motore endotermico a due tempi realizzato secondo la presente invenzione; ∠’figure 8 is a front longitudinal sectional view of a two-stroke endothermic engine made according to the present invention;

− le figure 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, 9F sono delle viste piane delle varie parti componenti il pistone di figura 8; ∠’Figures 9A, 9B, 9C, 9D, 9E, 9F are plan views of the various component parts of the piston of Figure 8;

− la figura 10 à ̈ una vista in sezione secondo l’asse A-A di figura 8. ∠’figure 10 is a sectional view according to the A-A axis of figure 8.

− la figura 11A à ̈ una vista dall’alto di una singola lamina trasversale di tenuta visibile in figura 9C; ∠’figure 11A is a top view of a single transverse sealing plate visible in figure 9C;

− le figura 1B à ̈ una vista prospettica di una coppia di lamine trasversali di tenuta di figura 11A; - figure 1B is a perspective view of a pair of transverse sealing plates of figure 11A;

− la figura 12A à ̈ una vista in sezione secondo l’asse B-B di figura 11B; ∠’figure 12A is a sectional view along the B-B axis of figure 11B;

− la figura 12B mostra la configurazione di lavoro delle lamine di figura 12A; − la figura 13 à ̈ una vista esplosa dell’incastellatura formata dalle lamine di tenuta trasversali e dalle fasce perimetrali di cui à ̈ dotato il pistone di figura 8; - figure 12B shows the working configuration of the sheets of figure 12A; ∠’figure 13 is an exploded view of the frame formed by the transverse sealing plates and the perimeter bands with which the piston in figure 8 is equipped;

− la figura 14 à ̈ una vista prospettica dell’incastellatura formata da lamine e fasce di tenuta di figura 13; ∠’figure 14 is a perspective view of the frame formed by foils and sealing bands of figure 13;

− la figura 15 à ̈ una vista prospettica del pistone di figura 8 completo dell’incastellatura di figura 15; ∠’figure 15 is a perspective view of the piston of figure 8 complete with the frame of figure 15;

− le figure 16A, 16B, 16C, 16D mostrano in sequenza le configurazioni assunte dal pistone di figura 8 in quattro istanti del ciclo di funzionamento; ∠’Figures 16A, 16B, 16C, 16D show in sequence the configurations assumed by the piston of Figure 8 in four instants of the operating cycle;

− la figura 17 à ̈ una schematizzazione del pistone di figura 9A che verrà utilizzata nelle successive figure; ∠’figure 17 is a schematic of the piston of figure 9A which will be used in the following figures;

− la figura 18 mostra la configurazione degli elementi mobili all’interno del pistone di figura 17 appena dopo il PMS dove le frecce indicano il corrispondente senso di rotazione iniziale; ∠’figure 18 shows the configuration of the moving elements inside the piston of figure 17 just after the TDC where the arrows indicate the corresponding initial direction of rotation;

− le figure 18A, 18B, 18C, 18D ripetono le configurazioni delle parti mobili all’interno del pistone assunte agli istanti indicati nelle figure 16A, 16B, 16C, 16D; ∠’figures 18A, 18B, 18C, 18D repeat the configurations of the moving parts inside the piston taken at the instants indicated in figures 16A, 16B, 16C, 16D;

− le figure 19A, 19B, 19C, 19D schematizzano le configurazioni degli elementi mobili, assunte all’interno di un pistone realizzato in accordo ad un secondo esempio di realizzazione dell’invenzione, nei quattro istanti del ciclo di funzionamento precedentemente indicati; ∠’Figures 19A, 19B, 19C, 19D schematize the configurations of the moving elements, assumed inside a piston made in accordance with a second example of the invention, in the four instants of the previously indicated operating cycle;

− la figura 20 à ̈ una vista frontale di un pistone in accordo ad una variante del secondo esempio di realizzazione dell’invenzione; - figure 20 is a front view of a piston according to a variant of the second example of embodiment of the invention;

− la figura 21 à ̈ una vista in sezione longitudinale secondo il piano C-C di figura 20, affiancata alla vista frontale così da facilitare l’individuazione di elementi corrispondenti; ∠’figure 21 is a longitudinal section view according to the C-C plane of figure 20, flanked to the front view so as to facilitate the identification of corresponding elements;

− le figure 22A, 22B, 22C, 22D schematizzano le configurazioni degli elementi mobili all’interno del pistone di figura 21 assunte nei quattro istanti del ciclo di funzionamento precedentemente indicati. ∠’figures 22A, 22B, 22C, 22D schematize the configurations of the moving elements inside the piston of figure 21 taken in the four instants of the previously indicated operating cycle.

Descrizione dettagliata di alcune forme preferite di realizzazione dell’invenzione Detailed description of some preferred embodiments of the invention

Nella descrizione che segue, elementi uguali che compaiono in figure differenti potranno essere indicati con gli stessi simboli. La scala e le proporzioni dei vari elementi raffigurati non corrispondono necessariamente a quelle reali. In the following description, identical elements appearing in different figures may be indicated with the same symbols. The scale and proportions of the various elements depicted do not necessarily correspond to the real ones.

Verranno descritte due esempi preferiti, di cui, il primo riguarda un motore endotermico il cui pistone include una coppia dentata con rapporto d’ingranamento 2:1 per realizzare un movimento ipocicloidale rettilineo, mentre il pistone del secondo esempio realizza un movimento similare utilizzando uno o più eccentrici. Two preferred examples will be described, of which the first relates to an internal combustion engine whose piston includes a toothed couple with a 2: 1 gear ratio to achieve a straight hypocycloidal movement, while the piston of the second example performs a similar movement using a or more eccentric.

Propedeutico al primo esempio sono le schematizzazioni delle figure 6 e 7 che trattano il moto ipocicloidale rettilineo. Preliminary to the first example are the schematizations of figures 6 and 7 which deal with the rectilinear hypocycloidal motion.

La figura 6 schematizza l’ipocicloide rettilinea percorsa in sensi alterni dal generico punto di una circonferenza mobile che rotola su una circonferenza di diametro doppio. Il punto di cui tenere traccia à ̈ stato evidenziato con un raggio di spessore marcato lungo una traiettoria di rotolamento di 360° suddivisa in valori di 30°. Osservando la curva a tratto di figura 6 che unisce le posizioni via via occupate dal centro della circonferenza mobile durante un rotolamento di 360°, si può notare che la circonferenza mobile com pie una rotazione completa rispetto al proprio centro durante un rotolamento di 360°, e quindi durante un ciclo alterno di traslazione della circonferenza fissa lungo il proprio diametro. Per cui vincolando rigidamente il centro della circonferenza mobile ad un punto qualunque di una terza circonferenza avente lo stesso valore del raggio e libera di ruotare attorno ad un asse fisso, verrà ad essa trasferito il movimento rotatorio della circonferenza mobile durante il rotolamento. Figure 6 schematizes the rectilinear hypocycloid traveled in alternating directions from the generic point of a mobile circumference that rolls on a circumference with a double diameter. The point to track has been highlighted with a thick radius marked along a 360 ° rolling trajectory divided into 30 ° values. By observing the line curve of figure 6 which joins the positions gradually occupied by the center of the mobile circumference during a 360 ° rolling, it can be seen that the mobile circumference completes a complete rotation with respect to its center during a 360 ° rolling, and therefore during an alternate cycle of translation of the fixed circumference along its own diameter. Therefore, by rigidly constraining the center of the mobile circumference to any point of a third circumference having the same value as the radius and free to rotate around a fixed axis, the rotational movement of the mobile circumference will be transferred to it during rolling.

La figura 7 mostra la sezione trasversale di un insieme che schematizza all’interno di un pistone (non raffigurato): il bordo circolare (40) dell’albero motore; la primitiva (41) del pignone, la primitiva (42) della corona dentata solidale al pistone; il bordo circolare di un eccentrico (coincidente alla primitiva 42 al solo scopo di semplificare il disegno, in quanto il bordo dell’eccentrico à ̈ sempre a contatto della parete del pistone a sezione quadrata). Facendo riferimento alla figura 7, si possono notare tre linee parallele denominate As, A0, Ai reciprocamente distanziate di un valore uguale al diametro D della primitiva (42) della corona dentata solidale al pistone, in cui: la linea A0 rappresenta la quota fissa mantenuta dal centro della circonferenza (40) durante la rotazione dell’albero motore a passi di 30° nel ciclo completo di 360°. L a linea superiore As rappresenta la quota del punto morto superiore PMS raggiunta dalla primitiva (42). La linea inferiore Ai rappresenta la quota del punto morto inferiore PMI raggiunta dalla primitiva (42). Come si può notare in figura 7, la primitiva (41) del pignone ha un diametro uguale a D/2, e l’eccentricità della primitiva (41) rispetto al centro della circonferenza (40) à ̈ uguale a D/4. La figura à ̈ esplicativa del movimento del pistone, rappresentato dalla primitiva (42) della corona, il cui centro trasla di moto alterno compiendo una distanza D in ciascun senso di traslazione, pari alla corsa tra i due punti morti. Tale movimento à ̈ comandato dalla primitiva (41) del pignone che rotola entro la primitiva (42) della corona, ingranandola costantemente, costringendone il centro a compiere la suddetta traiettoria rettilinea alternata. La condizione di costante ingranamento indispensabile al moto epicicloidale 2:1 à ̈ resa possibile dall’eccentrico interposto tra il prolungamento dell’asse del pignone e la parete interna della cavità del pistone, evitando a quest’ultimo di “cadere†letteralmente sul pignone. Il movimento dell’eccentrico à ̈ giocoforza rototraslatorio, dovendo partecipare simultaneamente al movimento rettilineo alternato del pistone che lo contiene ed al movimento rotatorio attorno all’asse del pignone sul quale esso à ̈ libero di ruotare. La cinematica di un tale movimento lo pone in rotazione in senso opposto alla rotazione dell’albero motore (come si può notare dalle frecce). Figure 7 shows the cross section of an assembly which schematises inside a piston (not shown): the circular edge (40) of the crankshaft; the primitive (41) of the pinion, the primitive (42) of the crown gear integral with the piston; the circular edge of an eccentric (coinciding with primitive 42 for the sole purpose of simplifying the drawing, since the edge of the eccentric is always in contact with the wall of the square section piston). Referring to figure 7, it is possible to notice three parallel lines called As, A0, Ai mutually spaced by a value equal to the diameter D of the primitive (42) of the ring gear integral with the piston, in which: the line A0 represents the fixed dimension maintained from the center of the circumference (40) during the rotation of the crankshaft in steps of 30 ° in the complete cycle of 360 °. The upper line As represents the height of the top dead center TDC reached by the primitive (42). The lower line Ai represents the PMI lower dead center height reached by the primitive (42). As can be seen in figure 7, the primitive (41) of the pinion has a diameter equal to D / 2, and the eccentricity of the primitive (41) with respect to the center of the circumference (40) is equal to D / 4. The figure illustrates the movement of the piston, represented by the primitive (42) of the crown, whose center translates by alternating motion making a distance D in each direction of translation, equal to the stroke between the two dead points. This movement is controlled by the primitive (41) of the pinion which rolls within the primitive (42) of the crown, constantly meshing it, forcing its center to complete the aforementioned alternating straight trajectory. The condition of constant meshing indispensable for the 2: 1 planetary motion is made possible by the eccentric interposed between the extension of the pinion axis and the internal wall of the piston cavity, avoiding the latter to â € œ fallâ € literally on the pinion. The movement of the eccentric is necessarily rototranslatory, having to participate simultaneously in the alternating rectilinear movement of the piston that contains it and in the rotational movement around the axis of the pinion on which it is free to rotate. The kinematics of such a movement make it rotate in the opposite direction to the rotation of the crankshaft (as can be seen from the arrows).

La figura 8 à ̈ una vista in sezione longitudinale frontale di un motore endotermico alternativo a due tempi 45, comprendente un cilindro 46 con al proprio interno un pistone 47 di nuova concezione. Nella figura il pistone ha raggiunto il punto morto superiore. Il motore a due tempi dell’esempio sfrutta la spinta esercitata dai gas prodotti dalla combustione di una miscela gassosa di aria e benzina immessa nel cilindro, la cosiddetta “carica fresca, prodotta da un carburatore che non viene mostrato, dove l’innesco della combustione à ̈ provocato dalla scintilla tra gli elettrodi di una candela. L’esempio non limita l’invenzione per quanto concerne le seguenti varianti: a) l’immissione di aria nel cilindro e l’iniezione di benzina nell’aria compressa dal pistone per l’ottenimento della miscela direttamente nel cilindro; b) l’immissione di aria nel cilindro e l’iniezione di gasolio ad alta pressione nell’aria compressa dal pistone (o da un compressore esterno) che subisce autocombustione secondo la tecnica Diesel; c) le applicazioni delle tecniche dei punti precedenti ad un motore a quattro tempi. Le varianti ai punti a), b), c) necessitano infatti di modesti cambiamenti al solo cilindro secondo la tecnica nota, senza con ciò dover modificare la struttura del pistone. Dalle successive figure risulterà evidente che sia il cilindro 46 che il pistone 47 sono dei parallelepipedi, per cui il termine “cilindro†utilizzato nell’esempio privilegia il significato assunto nel contesto motoristico piuttosto che la forma geometrica. Il cilindro 46 à ̈ un corpo parallelepipedo internamente cavo, esteso longitudinalmente, privo di una base per consentire l’inserimento del pistone 47 che può scorrere restando a contatto delle pareti della cavità del cilindro mediante un sistema di fasce di tenuta, meglio descritte nelle successive figure. Tra il cielo del pistone e la testa del cilindro viene in tal modo a formarsi una camera di volume variabile con il moto traslatorio alterno del pistone che sarà dapprima di compressione e poi di combustione. Il bordo dell’apertura di base del cilindro 46 si estende verso l’esterno a guisa di flangia per il fissaggio alla bocca di un carter 48. Due aperture 49 e 50 sono ricavate lungo pareti opposte del cilindro 46 pressoché alla stessa altezza. L’apertura 49 corrisponde alla luce d’immissione della miscela gassosa nella camera di combustione La miscela giunge alla luce d’ingresso 49 mediante un condotto di travaso 51 ricavato nella parete stessa del cilindro 46. L’apertura 50 corrisponde alla luce di sfiato dei gas combusti. Tale apertura comunica con un corto condotto 53 ricavato nella parete stessa del cilindro 46 per convogliare i gas di scarico entro un collettore (non mostrato) terminante in una marmitta, preferibilmente di forma cosiddetta risonante per evitare la perdita di miscela incombusta. Le pareti del cilindro 46 includono delle intercapedini 54 per il passaggio dell’acqua di raffreddamento. Il cilindro 46 con imbullonato il carter 48 poggia su un telaio 55. Il carter 48 à ̈ suddiviso in due scomparti separati 57a e 57b, posti l’uno sotto l’altro. Lo scomparto superiore 57a comunica con il cilindro 46, mentre lo scomparto inferiore 57b à ̈ una coppa per la raccolta dell’olio di lubrificazione fatto circolare da una pompa (non mostrata). La forma della parete dello scomparto superiore à ̈ tale da delimitare una tubazione ricurva avente una bocca d’ingresso 56 comunicante con un tratto centrale aperto superiormente verso la base inferiore del cilindro 46, ed un tratto terminale 52 di convogliamento verso l’ingresso del condotto di travaso 51 della miscela o dell’aria aspirata nel carter attraverso la bocca 56. Alla bocca d’ingresso 56 sono applicate delle valvole unidirezionali 58 del tipo a lamelle. Figure 8 is a front longitudinal sectional view of a two-stroke reciprocating internal combustion engine 45, comprising a cylinder 46 with inside a piston 47 of new conception. In the figure, the piston has reached the top dead center. The two-stroke engine in the example exploits the thrust exerted by the gases produced by the combustion of a gaseous mixture of air and petrol introduced into the cylinder, the so-called â € œfresh charge, produced by a carburetor that is not shown, where the ignition of combustion is caused by the spark between the electrodes of a spark plug. The example does not limit the invention as regards the following variants: a) the introduction of air into the cylinder and the injection of petrol into the compressed air from the piston to obtain the mixture directly in the cylinder; b) the introduction of air into the cylinder and the injection of high pressure diesel into the compressed air from the piston (or from an external compressor) which undergoes self-combustion according to the Diesel technique; c) the applications of the techniques of the previous points to a four-stroke engine. The variants at points a), b), c) in fact require modest changes to the cylinder only according to the known technique, without thereby having to modify the structure of the piston. From the following figures it will be evident that both the cylinder 46 and the piston 47 are parallelepipeds, so the term â € œcylinderâ € used in the example favors the meaning assumed in the motoristic context rather than the geometric shape. The cylinder 46 is an internally hollow parallelepiped body, extended longitudinally, without a base to allow the insertion of the piston 47 which can slide while remaining in contact with the walls of the cylinder cavity by means of a system of sealing bands, better described in the subsequent figures. In this way a variable volume chamber is formed between the piston crown and the cylinder head with the reciprocating translational motion of the piston which will be first of compression and then of combustion. The edge of the base opening of the cylinder 46 extends outwards like a flange for fixing to the mouth of a crankcase 48. Two openings 49 and 50 are formed along opposite walls of the cylinder 46 at almost the same height . The opening 49 corresponds to the inlet port of the gaseous mixture in the combustion chamber The mixture reaches the inlet port 49 through a transfer duct 51 obtained in the same wall of the cylinder 46. The opening 50 corresponds to the flue gas vent port. This opening communicates with a short duct 53 made in the same wall of the cylinder 46 to convey the exhaust gases into a manifold (not shown) ending in a muffler, preferably of a so-called resonant shape to avoid the loss of unburned mixture. The walls of the cylinder 46 include air spaces 54 for the passage of the cooling water. The cylinder 46 with the crankcase 48 bolted rests on a frame 55. The crankcase 48 is divided into two separate compartments 57a and 57b, placed one under the other. The upper compartment 57a communicates with the cylinder 46, while the lower compartment 57b is a sump for collecting the lubricating oil circulated by a pump (not shown). The shape of the wall of the upper compartment is such as to delimit a curved pipe having an inlet 56 communicating with a central section open at the top towards the lower base of the cylinder 46, and a terminal section 52 for conveying towards the inlet of the transfer duct 51 of the mixture or of the air sucked into the crankcase through the port 56. One-way valves 58 of the reed type are applied to the inlet port 56.

Le pareti contrapposte del cilindro 46 ortogonali alle pareti ove sono presenti le luci d’immissione 49 e di scarico 50 sono attraversate dall’albero motore 59 ad una distanza dalla testa del cilindro 46 superiore alla distanza di quest’ultima dalle luci 49 e 50. Le modalità di realizzazione del cilindro 46 per consentire un tale attraversamento sono già state menzionate. La testa del cilindro ha un foro centrale filettato per l’avvitamento di una candela elettrica d’accensione 60, o in alternativa di un iniettore del gasolio. The opposite walls of the cylinder 46 orthogonal to the walls where the intake ports 49 and exhaust ports 50 are present are crossed by the crankshaft 59 at a distance from the cylinder head 46 greater than the distance of the latter from the ports 49 and 50. The methods of making the cylinder 46 to allow such a crossing have already been mentioned. The cylinder head has a central threaded hole for screwing an electric spark plug 60, or alternatively a diesel injector.

Il pistone 47 à ̈ anch’esso di forma parallelepipeda ed internamente cavo, esso comprende una parete di testa 64, una parete di base 65, due pareti laterali contrapposte 66, 67, ed altre due pareti laterali contrapposte attraversate dall’albero motore 59 in corrispondenza di un’ampia apertura circolare (su un piano parallelo a quello di sezione). Ciò à ̈ strumentale al fatto che il pistone 47 debba essere libero di traslare a cavallo dell’albero motore 59 che ne comanda il movimento. Le quattro pareti 64, 65, 66 e 67 hanno la medesima lunghezza, determinando con ciò un pistone la cui sezione longitudinale ortogonale all’asse dell’albero motore à ̈ di forma quadrata. Le pareti sono munite di un sistema di fasce di tenuta che verrà descritto nelle successive figure. La superficie esterna della testa 64 del pistone 47 à ̈ il cosiddetto “cielo†, indurito superficialmente poiché destinato a ricevere la violenta spinta del gas caldo prodotto ad ogni combustione. The piston 47 is also parallelepiped in shape and internally hollow, it includes a head wall 64, a base wall 65, two opposite side walls 66, 67, and two other opposite side walls crossed by the drive shaft 59 in correspondence of a large circular opening (on a plane parallel to that of the section). This is instrumental to the fact that the piston 47 must be free to translate astride the crankshaft 59 which controls its movement. The four walls 64, 65, 66 and 67 have the same length, thus determining a piston whose longitudinal section orthogonal to the axis of the crankshaft is square in shape. The walls are equipped with a system of sealing strips which will be described in the following figures. The external surface of the head 64 of the piston 47 is the so-called â € œ skyâ €, hardened on the surface since it is destined to receive the violent thrust of the hot gas produced at each combustion.

All’interno del pistone 47 à ̈ visibile in sezione longitudinale il meccanismo che ne consente la traslazione ipocicloidale. Il meccanismo à ̈ azionato dall’albero motore 59 mediante un perno di manovella 68, a propria volta solidale ad un pignone coassiale 69. La distanza tra l’asse del pignone 69 e l’asse dell’albero motore 59 à ̈ posta uguale a R. La corona dentata (schematizzata) del pignone 69 ingrana entro una corona dentata a denti interni 70 (schematizzata). La circonferenza primitiva dei denti del pignone 69 ha raggio R, mentre la circonferenza primitiva dei denti della corona 70 ha raggio 2R. Sull’asse del pignone 69 à ̈ libero di ruotare un eccentrico 72 realizzato in due parti componibili. L’asse dell’eccentrico 72 à ̈ vicino al centro del pistone 47 mentre l’asse di rotazione coincide con l’asse del pignone 69. L’eccentrico 72 ha un raggio maggiore del raggio 2R della corona dentata 70, dovendo ruotare restando a contatto delle facce interne del pistone 47 che sono distanziate tra loro più del diametro della suddetta corona. Inside the piston 47 the mechanism that allows the hypocycloidal translation is visible in the longitudinal section. The mechanism is operated by the crankshaft 59 by means of a crank pin 68, which is in turn integral with a coaxial pinion 69. The distance between the axis of the pinion 69 and the axis of the crankshaft 59 is ̈ set equal to R. The toothed crown (schematized) of the pinion 69 meshes with a toothed crown with internal teeth 70 (schematized). The pitch circumference of the teeth of the pinion 69 has radius R, while the pitch circumference of the teeth of the sprocket 70 has a radius 2R. An eccentric 72 made in two modular parts is free to rotate on the axis of the pinion 69. The axis of the eccentric 72 is close to the center of the piston 47 while the axis of rotation coincides with the axis of the pinion 69. The eccentric 72 has a radius greater than the radius 2R of the ring gear 70 , having to rotate while remaining in contact with the internal faces of the piston 47 which are spaced apart more than the diameter of the aforesaid crown.

Gli elementi interni al pistone come pure le facce laterali del cilindro a contatto del pistone, sono sottoposti a lubrificazione forzata (separata dalla miscela di aria e combustibile) attraverso una canalizzazione interna all’albero motore 59 che conduce olio all’eccentrico 72, ed alla corona dentata 70. The elements inside the piston as well as the lateral faces of the cylinder in contact with the piston are subjected to forced lubrication (separated from the mixture of air and fuel) through a channel inside the crankshaft 59 which leads oil to the eccentric 72, and to the ring gear 70.

La figura 9A riproduce la sezione di figura 8 relativamente al solo pistone 47 ponendo in primo piano il setto 71 entro cui à ̈ ricavata la corona 70 a denti interni in posizione centrale che ingrana la corona (a denti esterni) del pignone 69. Il numero di denti della corona 70 à ̈ doppio di quello del pignone 69. Figure 9A reproduces the section of figure 8 relating to the piston 47 alone, placing in the foreground the septum 71 within which the ring 70 with internal teeth is obtained in a central position which engages the crown (with external teeth) of the pinion 69. The number of teeth of the crown 70 is double that of the pinion 69.

La figura 9B mostra frontalmente una parete quadrata 95 del pistone 47 avente un’ampia apertura centrale 100a che, assieme ad un’analoga apertura (100b) nella faccia opposta (non mostrata), consente al pistone 47 di traslare a cavallo dell’albero motore 59. La figura evidenzia il sistema di fasce di contenimento dell’olio incluse in ciascuna parete chiusa 64, 65, 66, 67. Come si può notare, le pareti aperte assomigliano a dei raccordi circolari tra spigoli confluenti in un vertice. In ciascuna parete laterale 66 e 67 ortogonale alle pareti quadrate sono incluse e parzialmente fuoriuscenti tre fasce di contenimento disposte trasversalmente all’asse longitudinale del pistone 47; di queste una lamina trasversale intermedia à ̈ più vicina al centro della faccia mentre le altre due sono alle due estremità. Le lamine trasversali fuoriuscenti dalla parete 67 sono indicate con 74a, 74b, 74c; le lamine trasversali fuoriuscenti dalla parete 66 sono indicate con 74d, 74e, 74f. Lungo i due lati delle medesime pareti 66 e 67 paralleli all’asse longitudinale del pistone 47 sono pure incluse e parzialmente fuoriuscenti rispettive fasce longitudinali di contenimento incastrate alle estremità delle lamine trasversali. La figura mostra una fascia longitudinale 75a della coppia inerente la parete 67 ed una fascia 75c della coppia inerente la parete 66. Lungo i due lati di ciascuna parete 64 e 65 ortogonali alle pareti 66, 67 sono pure incluse e parzialmente fuoriuscenti rispettive fasce laterali. La figura mostra una fascia longitudinale 76a della coppia inerente la parete 66 ed una fascia 76b della coppia inerente la parete 65. La lubrificazione forzata delle pareti aperte viene schematizzata mediante gocce di olio fuoriuscenti da fori 77a visibili nella parte superiore vicino alla testa e rientranti in fori 77b visibili nella parte inferiore vicino alla base. Le fasce 75a, 75b, 76a, 76b che circondano la faccia aperta del pistone mostrata in figura, e le corrispondenti altre quattro fasce dell’altra faccia aperta, costituiscono un insieme di fasce perimetrali che fanno traslare l’olio fuoriuscente dai fori 77a a contatto della parete corrispondente del cilindro per tutta la corsa del pistone e per tutta la superficie delimitata dalle stesse. La figura 9C mostra ribaltate sul piano del foglio le quattro pareti del pistone 47 ortogonali ai quattro lati delle due pareti aperte, nell’ordine: la parete di testa 64, la parete di base 65, e le due pareti laterali 66 e 67. Le quattro pareti hanno la stessa forma rettangolare e le stesse dimensioni ed il solido delimitato dall’insieme di tali pareti ha nella direzione dell’asse dell’albero motore una profondità inferiore alla sua altezza e lunghezza. Le pareti laterali 66 e 67 hanno una serie di fori 66b, 67b appena sotto la lamina trasversale di contenimento in posizione intermedia, ed un’altra serie di fori 66c, 67c appena sopra la lamina trasversale di contenimento posta in prossimità della base. La restante porzione 66a, 67a delle pareti 66, 67 compresa tra la lamina trasversale intermedia e la lamina trasversale posta in prossimità della testa à ̈ priva di fori. La lubrificazione delle pareti 66 e 67 viene schematizzata mediante gocce di olio fuoriuscenti dai fori 66b e rientranti nei fori 66c. Queste aperture consentono all’olio di uscire dal pistone per lubrificare il cilindro e poi rientrare senza accumularsi e fare pressione nell’area interessata. Esse consentono inoltre il convogliamento in coppa dei gas combusti infiltratisi attraverso le fasce superiori. La porzione superiore 66a, 67a delle rispettive pareti 66, 67 à ̈ una zona apparentemente priva di lubrificazione (zona secca), e di conserto anche priva sarebbe la corrispondente zona superiore della parete del cilindro, ma in realtà non à ̈ così in quanto la lubrificazione avviene sfruttando un meccanismo che sarà illustrato in seguito. Una tale zona “secca†nella parte superiore del pistone à ̈ necessaria nel motore a due tempi dell’esempio, privo di lubrificazione a perdere, altrimenti l’olio portato su quella porzione di faccia andrebbe a contaminare la miscela, o l’aria, circolante nel condotto di travaso. Figure 9B frontally shows a square wall 95 of the piston 47 having a large central opening 100a which, together with a similar opening (100b) in the opposite face (not shown), allows the piston 47 to translate astride the Crankshaft 59. The figure highlights the system of oil containment bands included in each closed wall 64, 65, 66, 67. As you can see, the open walls resemble circular joints between edges converging in a vertex . In each side wall 66 and 67 orthogonal to the square walls there are included and partially protruding three containment bands arranged transversely to the longitudinal axis of the piston 47; of these an intermediate transverse lamina is closer to the center of the face while the other two are at the two ends. The transverse laminae protruding from the wall 67 are indicated with 74a, 74b, 74c; the transverse laminae protruding from the wall 66 are indicated by 74d, 74e, 74f. Along the two sides of the same walls 66 and 67 parallel to the longitudinal axis of the piston 47 are also included and partially protruding respective longitudinal containment bands wedged at the ends of the transverse laminae. The figure shows a longitudinal band 75a of the torque inherent in the wall 67 and a band 75c of the torque inherent in the wall 66. Along the two sides of each wall 64 and 65 perpendicular to the walls 66, 67 are also included and partially protruding respective side bands. The figure shows a longitudinal band 76a of the torque inherent in the wall 66 and a band 76b of the torque inherent in the wall 65. The forced lubrication of the open walls is schematized by drops of oil coming out of holes 77a visible in the upper part near the head and reentering in holes 77b visible at the bottom near the base. The bands 75a, 75b, 76a, 76b that surround the open face of the piston shown in the figure, and the corresponding other four bands of the other open face, constitute a set of perimeter bands that make the oil flowing out of the holes 77a translate in contact with the corresponding wall of the cylinder for the entire stroke of the piston and for the entire surface delimited by them. Figure 9C shows the four walls of the piston 47 orthogonal to the four sides of the two open walls overturned on the sheet plane, in order: the head wall 64, the base wall 65, and the two side walls 66 and 67. The four walls have the same rectangular shape and the same dimensions and the solid delimited by the set of these walls has a depth less than its height and length in the direction of the motor shaft axis. The side walls 66 and 67 have a series of holes 66b, 67b just below the transverse containment lamina in an intermediate position, and another series of holes 66c, 67c just above the transverse containment lamina placed in proximity to the base. The remaining portion 66a, 67a of the walls 66, 67 comprised between the intermediate transverse lamina and the transverse lamina placed in proximity to the head is devoid of holes. The lubrication of the walls 66 and 67 is schematised by drops of oil emerging from the holes 66b and reentering in the holes 66c. These openings allow the oil to exit the piston to lubricate the cylinder and then re-enter without accumulating and putting pressure on the affected area. They also allow the conveying of the burnt gases infiltrated through the upper bands into the sump. The upper portion 66a, 67a of the respective walls 66, 67 is an apparently lubrication-free zone (dry zone), and in fact the corresponding upper zone of the cylinder wall would also be free, but in reality this is not the case as lubrication takes place using a mechanism that will be illustrated later. Such a `` dry '' area in the upper part of the piston is necessary in the two-stroke engine of the example, without disposable lubrication, otherwise the oil carried on that portion of the face would contaminate the mixture, or the € ™ air, circulating in the transfer duct.

La figura 9D mostra l’insieme dell’albero motore 59 e del pignone 69 ad esso solidale alla distanza R tra i due assi. I due elementi sono solidalmente congiunti da un perno di manovella (non visibile) con il quale costituiscono un unico pezzo. Figure 9D shows the assembly of the driving shaft 59 and the pinion 69 integral with it at the distance R between the two axes. The two elements are joined together by a crank pin (not visible) with which they form a single piece.

La figura 9E pone in risalto la sola corona a denti interni 70 di diametro 4R ricavata sul bordo circolare di un foro al centro della parete interna costituente il setto 71. Come si può notare in figura, il diametro della corona 70 ne consente l’attraversamento da parte dell’insieme di figura 9D, evitando con ciò di dover spezzare in due tronconi l’albero motore 59 o il setto 71. Figure 9E highlights only the crown with internal teeth 70 of diameter 4R obtained on the circular edge of a hole in the center of the internal wall constituting the septum 71. As can be seen in the figure, the diameter of the crown 70 allows it to be crossing by the assembly of figure 9D, thus avoiding having to break the drive shaft 59 or the septum 71 into two sections.

La figura 9F pone in risalto l’eccentrico 72 di forma circolare con un foro circolare 72c in posizione eccentrica per l’inserimento di un perno di manovella (visibile nella figura successiva) attorno al quale esso può ruotare. L’inserimento à ̈ possibile in quanto l’eccentrico 72 à ̈ spezzato lungo la mezzeria del foro 72c in due parti componibili disuguali. L’eccentrico 72 ha simmetria rispetto ad un diametro. Una semiparte 72d delimitata da un diametro ortogonale al precedente à ̈ piena, mentre l’altra semiparte essenzialmente ridotta ad un bordo circolare e una razza centrale piena 72b che separa due quadranti vuoti 72a. Il diametro dell’eccentrico 72 à ̈ uguale alla distanza tra facce interne opposte del pistone 47 a sezione quadrata. Figure 9F highlights the circular eccentric 72 with a circular hole 72c in an eccentric position for the insertion of a crank pin (visible in the following figure) around which it can rotate. Insertion is possible as the eccentric 72 is broken along the center line of the hole 72c into two unequal modular parts. Eccentric 72 has symmetry with respect to a diameter. A half part 72d delimited by a diameter orthogonal to the previous one is solid, while the other half part essentially reduced to a circular edge and a solid central race 72b that separates two empty quadrants 72a. The diameter of the eccentric 72 is equal to the distance between the opposite internal faces of the square section piston 47.

La figura 10 mostra la sezione longitudinale secondo il piano A-A del pistone 47 di figura 8. La figura mette in evidenza l’attraversamento del cilindro 46 e del pistone 47 da parte dell’albero motore 59 che poggia su due cuscinetti a rotolamento 61 vincolati al telaio 55. Dal confronto con la vista frontale di figura 8 si può notare la minore profondità di cilindro e pistone rispetto alla loro altezza. Sul piano di sezione si nota la quasi assenza di pareti lato fronte e lato retro del pistone 47 a contatto della superficie interna del cilindro 46. L’albero motore 59 integra in un unico pezzo il perno di manovella 68, il pignone 69, ed un colletto 80 adiacente al pignone 69. La corona dentata del pignone 69 à ̈ ottenuta mediante asportazione di truciolo da una sua estremità del perno di manovella di diametro maggiore. Il cilindro 46 à ̈ realizzato in due parti congiungibili per consentire un tale attraversamento. L’albero motore 59 ha due incavi tra loro distanziati più della distanza tra le pareti del cilindro 46 per l’inserimento di due contrappesi 81 e 82 che si estendono oltre l’albero motore 59 ortogonalmente ad esso dalla parte opposta rispetto al perno di manovella 68. In alto in figura à ̈ riprodotto in miniatura l’albero motore ed i relativi contrappesi. Le due parti che compongono il cilindro 46 hanno, ciascuna, due rispettive sedi semicircolari sui bordi affacciati per accogliere due bronzine 83 e 84 che sostengono l’albero motore 59 preservando la tenuta del cilindro 46. Una terza bronzina 85 composta da due semigusci à ̈ posta a cavallo del perno di manovella 68 per sostenere l’eccentrico 72. Quest’ultimo ha una semiparte 72d piena e l’altra semiparte alleggerita. La corona dentata del pignone 69 ingrana la corona dentata a denti interni 70 avente un numero doppio di denti. In alto a sinistra in figura à ̈ mostrato un iniettore Diesel 62 che può sostituire la candela 60, con o senza un compressore Root. Le frecce nel carter 48 indicano la direzione della miscela verso il condotto di travaso 51 alla chiusura delle valvola a lamelle 58 appena il pistone 47 inizierà la discesa. Nel caso specifico la cilindrata à ̈ di 324 cc, il cielo del pistone 47 ha un’area di 30 x 100 mm ed una corsa di 100 mm. Figure 10 shows the longitudinal section along the plane A-A of the piston 47 of figure 8. The figure highlights the crossing of the cylinder 46 and the piston 47 by the crankshaft 59 which rests on two rolling bearings 61 constrained to the frame 55. Comparing with the front view of figure 8 it is possible to notice the smaller depth of the cylinder and piston with respect to their height. On the cross-sectional plane it is possible to note the almost absence of walls on the front and rear sides of the piston 47 in contact with the internal surface of the cylinder 46. The crankshaft 59 integrates in a single piece the crank pin 68, the pinion 69, and a collar 80 adjacent to the pinion 69. The crown gear of the pinion 69 is obtained by removing chips from one end of the crank pin having a larger diameter. The cylinder 46 is made in two parts that can be joined to allow such a crossing. The crankshaft 59 has two grooves spaced apart from each other more than the distance between the walls of the cylinder 46 for the insertion of two counterweights 81 and 82 which extend beyond the crankshaft 59 orthogonally to it on the opposite side with respect to the crank pin 68. Above the figure is a miniature representation of the crankshaft and relative counterweights. The two parts that make up the cylinder 46 each have two respective semicircular seats on the facing edges to accommodate two bushings 83 and 84 which support the crankshaft 59 while preserving the seal of the cylinder 46. A third bush 85 composed of two half-shells à It is placed astride the crank pin 68 to support the eccentric 72. The latter has a full 72d half part and the other lightened half part. The ring gear of the pinion 69 meshes with the internal toothed ring 70 having a double number of teeth. Top left in the figure shows a Diesel injector 62 which can replace spark plug 60, with or without a Root compressor. The arrows in the crankcase 48 indicate the direction of the mixture towards the transfer duct 51 when the reed valve 58 closes as soon as the piston 47 begins to descend. In the specific case, the displacement is 324 cc, the piston crown 47 has an area of 30 x 100 mm and a stroke of 100 mm.

La figura 11A à ̈ una vista dall’alto della lamina trasversale di contenimento 74a rappresentativa di tutte le altre: 74b, 74c, 74d, 74e, 74f. Nel profilo della lamina 74a à ̈ possibile notare una porzione rettangolare contigua ad una porzione trapezoidale, con due incavi 88, 89 in corrispondenza degli angoli tra le due parti. Due finestre rettangolari 90, 91 allineate trasversalmente sono spostate rispetto al centro lateralmente e verso il lato del trapezio opposto alla base della lamina. La figura 11B à ̈ una vista prospettica della lamina trasversale di contenimento 74a che mostra la sua sovrapposizione ad una seconda lamina trasversale di contenimento 74aa, del tutto uguale alla precedente, mantenuta in posizione da due molle elicoidali 92, 93 rispettivamente alloggiate nelle finestre rettangolari 90, 91. Le due lamine sono disallineate longitudinalmente poiché la seconda lamina à ̈ ruotata di 180° rispetto alla prima in dir ezione longitudinale. La configurazione a due molle non preclude la possibilità di usare una sola molla. Figure 11A is a top view of the transverse containment plate 74a representative of all the others: 74b, 74c, 74d, 74e, 74f. In the profile of the lamina 74a it is possible to note a rectangular portion contiguous to a trapezoidal portion, with two recesses 88, 89 at the corners between the two parts. Two transversely aligned rectangular windows 90, 91 are displaced with respect to the center laterally and towards the side of the trapezium opposite the base of the lamina. Figure 11B is a perspective view of the transverse containment lamina 74a showing its superposition on a second transverse containment lamina 74aa, completely identical to the previous one, held in position by two helical springs 92, 93 respectively housed in the rectangular windows 90 , 91. The two laminae are longitudinally misaligned since the second lamina is rotated by 180 ° with respect to the first in a longitudinal direction. The two spring configuration does not preclude the possibility of using a single spring.

La figura 12A à ̈ una sezione longitudinale secondo il piano B-B di figura 11B che mostra la molla 93 in configurazione di equilibrio in cui ciascuna estremità à ̈ a contatto di entrambe le lamine, e lo stesso à ̈ vero per la molla 92. Nella configurazione di equilibrio la molla 93 non lavora e le lamine 74a, 74aa hanno il massimo disallineamento uguale alla differenza tra la lunghezza delle due sezioni a contatto; in questa caso la distanza tra le estremità più esterne delle due molle à ̈ superiore alla distanza tra le pareti del cilindro 46. Figure 12A is a longitudinal section along the plane B-B of figure 11B showing the spring 93 in the equilibrium configuration in which each end is in contact with both blades, and the same is true for the spring 92. In the configuration of equilibrium the spring 93 does not work and the plates 74a, 74aa have the maximum misalignment equal to the difference between the length of the two sections in contact; in this case the distance between the outermost ends of the two springs is greater than the distance between the walls of the cylinder 46.

La figura 12B mostra la configurazione di lavoro della molla 93 compressa tra le lamine 74a, 74aa a contatto delle pareti CL1, CL2 del cilindro 46. Come si può notare, la distanza tra le estremità più esterne delle lamine à ̈ diminuita di circa la metà rispetto al massimo disallineamento e di conseguenza la sezione più corta di ciascuna lamina perde il contatto con l’estremità della molla a causa dell’accorciamento subito da questa. Figure 12B shows the working configuration of the spring 93 compressed between the sheets 74a, 74aa in contact with the walls CL1, CL2 of the cylinder 46. As it can be seen, the distance between the outermost ends of the sheets has decreased by about half with respect to the maximum misalignment and consequently the shorter section of each lamina loses contact with the end of the spring due to the shortening suffered by it.

La figura 13 mostra un esploso che meglio evidenzia il complesso sistema di lamine che consentono la lubrificazione delle superfici a contatto di cilindro e pistone e il contenimento all’interno del pistone dell’olio fatto circolare forzatamente per lubrificare e raffreddare gli organi in movimento. Ciascuna lamina mostrata in figura à ̈ inserita in una propria sede ricavata nella corrispondente parete del pistone 47, da cui può uscire parzialmente per entrare a contatto della parete del cilindro 46 sotto l’azione diretta o indiretta di molle anch’esse inserite entro sedi interne alle pareti. La funzione di tali lamine à ̈ già stata illustrata in precedenza. In figura si possono distinguere due sistemi di quattro lamine ciascuno, le quali una volta inserite nelle loro sedi formano due fasce perimetrali attorno alle facce aperte del pistone, e due gruppi di tre lamine ciascuno disposte trasversalmente alle due pareti laterali rimanenti Appartengono ad una prima fascia perimetrale le lamine 76a, 75a, 76b, 75b. Appartengono ad una seconda fascia perimetrale le lamine 76c, 75c, 76d, 75d. Appartengono ad un primo gruppo di lamine trasversali le lamine 74a, 74b, 74c. Appartengono ad un secondo gruppo di lamine trasversali le lamine 74d, 74e, 74f. Le lamine 75a, 75b, 75c, 75d appartenenti alle fasce perimetrali sono delle strette barre rettangolari aventi, ciascuna, tre fessure rettangolari 95 in corrispondenza delle due estremità e di un punto intermedio vicino al centro; le fessure sono accessibili da un lato per l’incastro della lamina entro tre analoghe fessure del tipo 88, 89 presenti in tre lamine trasversali. Le sedi che ospitano le lamine 75a, 75b, 75c, 75d includono una molla a filo ondulato 96 agente sulla lamina in modo da spingerla in direzione ortogonale alle lamine trasversali incastrate.. Figure 13 shows an exploded view that better highlights the complex system of plates that allow the lubrication of the surfaces in contact with the cylinder and piston and the containment inside the piston of the oil circulated forcibly to lubricate and cool the moving parts. . Each sheet shown in the figure is inserted in its own seat obtained in the corresponding wall of the piston 47, from which it can partially exit to come into contact with the wall of the cylinder 46 under the direct or indirect action of springs also inserted within seats inside the walls. The function of these plates has already been illustrated above. In the figure, two systems of four plates each can be distinguished, which once inserted in their seats form two perimeter bands around the open faces of the piston, and two groups of three plates each arranged transversely to the two remaining side walls. perimeter the foils 76a, 75a, 76b, 75b. The plates 76c, 75c, 76d, 75d belong to a second perimeter band. The laminae 74a, 74b, 74c belong to a first group of transverse laminae. The laminae 74d, 74e, 74f belong to a second group of transverse laminae. The sheets 75a, 75b, 75c, 75d belonging to the perimeter bands are narrow rectangular bars each having three rectangular slits 95 at the two ends and an intermediate point near the center; the slots are accessible from one side for the interlocking of the lamina within three similar slots of the type 88, 89 present in three transverse laminae. The seats which house the laminae 75a, 75b, 75c, 75d include a corrugated wire spring 96 acting on the lamina so as to push it in a direction orthogonal to the transverse laminae.

La figura 14 ricompone idealmente l’esploso di figura 13 a formare l’incastellatura che à ̈ presente nelle pareti del pistone 47 di figura 15. La figura 14 mette in evidenza i dodici incastri che legano le due fasce perimetrali ai due gruppi di lamine trasversali, e le varie molle che forniscono capacità di espansione agli elementi dell’incastellatura. Per via degli incastri, l’espansione trasversale operata dalle molle elicoidali 92, 93 spinge le fasce perimetrali contro le pareti quadrate del cilindro 46; similmente l’espansione operata dalle molle a filo ondulato 96 spinge le lamine trasversali contro le pareti rettangolari del cilindro. La figura 15 mostra il pistone 47 completo dell’incastellatura di figura 14, evidenziando il percorso dell’olio lungo le superfici esterne in relazione alla varie lamine trasversali e fasce perimetrali di contenimento. In figura si può notare l’ampia apertura 100a nella parete quadrata che, assieme all’apertura 100b nella faccia opposta, consente al pistone 47 di scorrere entro il cilindro 46 restando a cavallo dell’albero motore.59. Dette aperture sono incorniciate dalle rispettive fasce perimetrali che ungono le pareti del cilindro con cui sono a contatto e poi spazzano l’olio facendolo rientrare nelle aperture. Più in generale, le varie lamine e fasce costringano l’olio a circolare entro il confine da esse delimitato. Figure 14 ideally recomposes the exploded view of figure 13 to form the frame that is present in the walls of the piston 47 of figure 15. Figure 14 highlights the twelve joints that connect the two perimeter bands to the two groups of transversal laminae, and the various springs that provide expansion capacity to the elements of the frame. Due to the joints, the transverse expansion operated by the helical springs 92, 93 pushes the perimeter bands against the square walls of the cylinder 46; similarly, the expansion operated by the undulated wire springs 96 pushes the transverse plates against the rectangular walls of the cylinder. Figure 15 shows the piston 47 complete with the frame of figure 14, highlighting the path of the oil along the external surfaces in relation to the various transverse plates and perimeter containment bands. In the figure it is possible to notice the large opening 100a in the square wall which, together with the opening 100b in the opposite face, allows the piston 47 to slide inside the cylinder 46 remaining astride the crankshaft. 59. These openings are framed by the respective perimeter bands that grease the walls of the cylinder with which they are in contact and then sweep the oil back into the openings. More generally, the various plates and bands force the oil to circulate within the boundary they define.

La sequenza di figure da 16A a 16C ripropone per il motore a due tempi ipocicloidale (a lubrificazione separata dalla miscela o aria) gli stessi istanti del ciclo di funzionamento illustrati nella sequenza di figure da 2 a 5 che riguardavano un motore a due tempi a benzina di tipo noto con lubrificazione a perdere. La configurazione assunta dalla meccanica interna al pistone 47 in ciascuno degli istanti rappresentati à ̈ meglio schematizzata nella sequenza di figure da 18A a 18D, preceduta da una più completa schematizzazione in figura 17, e dalla figura 18 in cui à ̈ mostrato lo sbilanciamento iniziale della meccanica interna appena oltre il PMS che stabilisce il senso di rotazione dell’albero motore 59 sotto la spinta traslazionale esercitata dai gas combusti sul cielo 44 del pistone 47. Ciò che interessa inoltre mostrare durante un ciclo completo della corsa del pistone à ̈ il meccanismo di lubrificazione della porzione superiore del cilindro 46 in corrispondenza dell’area “secca†del pistone. Le gocce d’olio visibili nella sequenza delle figure 16A-16C stanno ad indicare la lubrificazione della porzione sottostante l’area “secca†delle facce del pistone ai due lati della faccia mostrata nelle figure. Partendo arbitrariamente dall’istante al PMS di figura 16A, si può notare che l’olio di lubrificazione delle pareti 66, 67 presente nelle zone sottostanti le porzioni di parete 66a, 67a non raggiunge direttamente la parte superiore del cilindro, poiché la lamina trasversale intermedia lo trattiene al disotto di essa impedendone l’ingresso in camera di combustione attraverso le luci d’immissione 49 e di scarico 50 che si aprono appena sopra. La lubrificazione sfrutterà quindi un meccanismo indiretto che verrà illustrato nelle successive figure. Per evitare surriscaldamento e deformazione delle pareti 66 e 67 del pistone 46, le porzioni 66a, 67a sono ricoperte da uno strato micrometrico di carburo di silicio che ne aumenta la durezza superficiale, la resistenza termica, la resistenza alla corrosione, e diminuisce il coefficiente di frizione. La testa del pistone, munita delle due lamine trasversali superiori e di due altre lamine delle fasce perimetrali, sbarra la via ai gas combusti. La base del pistone, munita delle due lamine trasversali inferiori e di due altre lamine delle fasce perimetrali impedisce il trafilamento di olio nel carter 48. La superficie del cilindro 46 sarà unta dal pistone nelle zone comprese tra la lamina trasversale intermedia ed inferiore, oltre che nelle zone opposte alle fasce perimetrali. Facendo ulteriore rifermento alla corrispondente figura 18A per la numerazione delle parti, si può notare che al PMS la semiparte più pesante dell’eccentrico 72 occupa la posizione più distante dal cielo del pistone 47. The sequence of figures from 16A to 16C reproposes for the hypocycloidal two-stroke engine (with separate lubrication from the mixture or air) the same instants of the operating cycle illustrated in the sequence of figures from 2 to 5 which concerned a two-stroke petrol engine of known type with disposable lubrication. The configuration assumed by the mechanics inside the piston 47 in each of the instants represented is better schematized in the sequence of figures from 18A to 18D, preceded by a more complete schematization in figure 17, and by figure 18 which shows the initial unbalance of the internal mechanics just beyond the TDC that establishes the direction of rotation of the crankshaft 59 under the translational thrust exerted by the burnt gases on the crown 44 of the piston 47. What is also interesting to show during a complete cycle of the piston stroke is the mechanism lubrication of the upper portion of the cylinder 46 in correspondence with the â € œdryâ € area of the piston. The oil drops visible in the sequence of figures 16A-16C indicate the lubrication of the portion below the â € œdryâ € area of the piston faces on both sides of the face shown in the figures. Starting arbitrarily from the TDC instant of figure 16A, it can be seen that the lubricating oil of the walls 66, 67 present in the areas below the portions of the wall 66a, 67a does not reach the upper part of the cylinder directly, since the intermediate transverse plate holds it below it, preventing it from entering the combustion chamber through the inlet ports 49 and exhaust ports 50 which open just above. Lubrication will therefore exploit an indirect mechanism which will be illustrated in the following figures. To avoid overheating and deformation of the walls 66 and 67 of the piston 46, the portions 66a, 67a are covered with a micrometric layer of silicon carbide which increases their surface hardness, thermal resistance, corrosion resistance, and decreases the coefficient of clutch. The head of the piston, equipped with the two upper transversal plates and with two other plates of the perimeter bands, blocks the way to the burnt gases. The base of the piston, equipped with the two lower transverse plates and two other plates of the perimeter bands, prevents oil from leaking into the crankcase 48. The surface of the cylinder 46 will be greased by the piston in the areas between the intermediate and lower transverse plate, as well as in the areas opposite the perimeter bands. Making further reference to the corresponding figure 18A for the numbering of the parts, it can be noted that at TDC the heavier half-part of the eccentric 72 occupies the position furthest from the crown of the piston 47.

La successiva figura 16B mostra un istante intermedio della corsa del pistone 47 verso il PMI dovuta all’espansione dei gas combusti. Le luci d’immissione e di scarico 49, 50 sono ancora occluse dal pistone. Le valvole lamellari sono chiuse e la miscela presente nel carter 48 subisce una precompressione. Durante la discesa del pistone le aree “secche†66a e 67a delle pareti 66 e 67 giungono man mano a contatto con zone del cilindro 46 che erano state unte durante l’ascesa del pistone ed attualmente spazzate dalle lamine trasversali intermedie. Malgrado ciò un trasferimento di olio dalla superficie spazzata del cilindro 46 a queste aree 66a e 67a prive di lubrificazione diretta, à ̈ reso possibile da una lavorazione superficiale della parete interna al cilindro chiamata “spazzolatura†. Tale lavorazione imprime sulla superficie levigata delle micro linee inclinate incrociate a formare una rete che trattiene una piccola quantità di olio anche dopo che le fasce raschiaolio siano passate. Il metallo che successivamente verrà in contatto con la superficie in tal modo lavorata potrà essere unto dall’olio residuo intrappolato e ceduto. L’istante intermedio della corsa discendente pistone 47, in cui si à ̈ abbassato di D/2, corrisponde ad una rotazione oraria di 90° dell’albero motore 59 (vedi anche figura 18B) e contestualmente ad una rotazione antioraria di 90° dell’ecce ntrico circolare 72. Tale rotazione modifica la dislocazione di massa dell’eccentrico 72, innalzando sopra la linea mediana della precedente dislocazione metà della sua semiparte più pesante, compensando in parte l’accelerazione inerziale del pistone 47. The following figure 16B shows an intermediate instant of the stroke of the piston 47 towards the PMI due to the expansion of the burnt gases. The inlet and exhaust ports 49, 50 are still occluded by the piston. The reed valves are closed and the mixture present in the crankcase 48 undergoes a prestress. During the descent of the piston the â € œsiccâ € areas 66a and 67a of the walls 66 and 67 gradually come into contact with areas of the cylinder 46 which had been greased during the piston ascent and currently swept by the intermediate transverse plates. Despite this, a transfer of oil from the swept surface of cylinder 46 to these areas 66a and 67a without direct lubrication is made possible by a surface machining of the inner wall of the cylinder called â € œbrushingâ €. This process impresses on the smooth surface some inclined micro lines crossed to form a net which retains a small quantity of oil even after the oil scraper bands have passed. The metal that will subsequently come into contact with the surface thus machined may be greased by the trapped and released residual oil. The intermediate instant of the piston 47 descending stroke, in which it is lowered by D / 2, corresponds to a 90 ° clockwise rotation of the crankshaft 59 (see also figure 18B) and simultaneously to a 90 ° anticlockwise rotation ° of the circular exception 72. This rotation modifies the mass displacement of the eccentric 72, raising half of its heavier half-part above the median line of the previous dislocation, partially compensating for the inertial acceleration of the piston 47.

La successiva figura 16C mostra l’istante di raggiungimento del PMI in cui il pistone 47 ha completato la sua corsa discendente e le aree “secche†66a e 67a delle pareti 66 e 67 sono state interamente unte dall’olio precedentemente intrappolato dalla superficie spazzata del cilindro 46. Le luci d’immissione e di scarico 49, 50 non sono più occluse dal pistone 47 e può avere luogo il travaso della carica fresca in concomitanza al cosiddetto “lavaggio†della camera del cilindro. L’istante al PMI al termine della corsa discendente di lunghezza D corrisponde ad una rotazione oraria di ulteriori 90° de ll’albero motore 59 (vedi anche figura 18C) e contestualmente ad una rotazione antioraria di ulteriori 90° dell’eccentrico circolare 72 che completa l’innalzamento della sua semiparte più pesante, compensando in parte l’accelerazione inerziale del pistone 47. The following figure 16C shows the instant of reaching the PMI in which the piston 47 has completed its downward stroke and the `` dry '' areas 66a and 67a of the walls 66 and 67 have been entirely greased by the oil previously trapped by the swept surface of the cylinder 46. The inlet and exhaust ports 49, 50 are no longer blocked by the piston 47 and the transfer of the fresh charge can take place in concomitance with the so-called â € œflushingâ € of the cylinder chamber. The instant at BDC at the end of the descending stroke of length D corresponds to a clockwise rotation of a further 90 ° of the crankshaft 59 (see also figure 18C) and simultaneously to a counterclockwise rotation of a further 90 ° of the eccentric circular 72 which completes the raising of its heavier half part, partially compensating for the inertial acceleration of piston 47.

La successiva figura 16D ultima della serie mostra un istante intermedio della corsa ascendente del pistone 47 verso il PMS favorita dall’inerzia del volano. Le luci d’immissione e di scarico 49, 50 sono nuovamente occluse dal pistone 47, che comprime la miscela entrata nella camera del cilindro e contestualmente crea una depressione nel carter 48 che fa aprire le valvole lamellari presenti alla bocca d’ingresso 56 affinché nuova miscela possa entrare nel carter. Durante la risalita del pistone 47 le aree 66a e 67a delle pareti 66 e 67 ormai interamente unte dall’olio residuo mediante il meccanismo evidenziato scivolano a contatto della superficie del cilindro 46 riducendo il volume della camera di combustione. L’istante evidenziato corrisponde ad una rotazione oraria di ulteriori 90° dell’albero motore 59 e di una corrispondente risalita del pistone 47 di D/2 (vedi anche figura 18D) e contestualmente ad una rotazione antioraria di ulteriori 90° dell’eccentrico circolare 72, che comporta un a bbassamento oltre la linea mediana di metà della semiparte più pesante, compensando in parte l’accelerazione inerziale del pistone 47. La configurazione assunta al termine dell’ultimo istante del ciclo coincide con quella iniziale delle figura 16A e 18A, durante questo istante il pistone 47 completa la sua corsa e quindi la compressione della miscela combustibile entro la camera di combustione, contestualmente crea una depressione nel carter 48 con aspirazione di nuova miscela. Viene ora descritto un motore endotermico a due tempi a lubrificazione separata, il cui pistone differisce da quello delle precedenti figure 8 e 9 per la mancanza del pignone e della corona che, assieme all’eccentrico, generavano un moto traslatorio ipocicloidale 2:1. La forma parallelepipeda di cilindro e pistone rimane invariata, pur cambiando le dimensioni, così come invariata rimane l’incastellatura di lamine e fasce per la tenuta dell’olio. Il pistone che ne deriva à ̈ estremamente semplice, e può essere descritto schematicamente nella sequenza di figure da 19A a 19D raffigurante le configurazioni assunte dalla meccanica interna al pistone negli istanti di funzionamento caratterizzati dai seguenti angoli di rotazione dell’albero motore: 0<o>(360°), 90°, 180°, 270 °. Il ciclo endotermico non si discosta da quello tradizionale. La figura 19A à ̈ una sezione longitudinale del pistone al PMS presa secondo un piano ortogonale all’albero motore. Essa schematizza un pistone 105 libero di traslare nei due sensi a cavallo dell’albero motore 107 che attraversa due pareti opposte di forma quadrata. L’albero motore 107 include, in unico pezzo, un perno di manovella 117 il cui asse longitudinale dista L dall’asse dell’albero motore 107. La sezione circolare del perno di manovella 117 à ̈ tangente esternamente alla sezione circolare dell’albero motore 107. Sul perno di manovella 117 à ̈ inserito un eccentrico 119 il cui asse geometrico dista L dall’asse del perno di manovella 117. I tre assi passano per i centri dei tre cerchi. La sezione circolare dell’eccentrico 119 à ̈ tangente esternamente alla sezione circolare del perno di manovella 117. La condizione di reciproca tangenza non limita tuttavia l’invenzione ma à ̈ vantaggiosa nella riduzione delle dimensioni del pistone 105. La compatibilità del movimento del pistone 105 con i vincoli cinematici imposti dal cilindro 46 e dalla meccanica interna, appare nelle successive figure, dove si può notare che l’eccentrico ruoti in senso opposto rispetto al perno di manovella 117 e all’albero motore 107, e che al PMI la corsa à ̈ uguale a 2L. Manca però la simmetria nelle posizioni raggiunte dal pistone durante gli istanti indicati a parità di angoli di rotazione dell’albero motore 107. Infatti passando da 0<o>a 90° il pistone 105 compie un tragitto maggiore di q uello che compie passando da 90° a 180° e questo induce delle componenti iner ziali del secondo ordine per equilibrare la condizione di velocità nulla in corrispondenza dei punti morti. The following figure 16D last of the series shows an intermediate instant of the upward stroke of the piston 47 towards the TDC favored by the inertia of the flywheel. The inlet and exhaust ports 49, 50 are again occluded by the piston 47, which compresses the mixture entering the cylinder chamber and at the same time creates a vacuum in the crankcase 48 which opens the reed valves present at the inlet port 56 so that new mixture can enter the crankcase. During the ascent of the piston 47, the areas 66a and 67a of the walls 66 and 67 now entirely greased by the residual oil by means of the highlighted mechanism slide in contact with the surface of the cylinder 46, reducing the volume of the combustion chamber. The instant highlighted corresponds to a clockwise rotation of a further 90 ° of the crankshaft 59 and a corresponding rise of the piston 47 of D / 2 (see also figure 18D) and contextually to a counterclockwise rotation of a further 90 ° of the Circular eccentric 72, which involves a lowering beyond the median line of half of the heavier half part, partially compensating for the inertial acceleration of piston 47. The configuration assumed at the end of the last instant of the cycle coincides with the initial one of the Figure 16A and 18A, during this instant the piston 47 completes its stroke and therefore the compression of the combustible mixture within the combustion chamber, simultaneously creates a depression in the crankcase 48 with the intake of new mixture. A two-stroke endothermic engine with separate lubrication is now described, whose piston differs from that of the previous figures 8 and 9 due to the lack of the pinion and crown which, together with the eccentric, generated a 2: 1 hypocycloidal translational motion. The parallelepiped shape of the cylinder and piston remains unchanged, although the dimensions change, just as the frame of the plates and bands for the oil seal remains unchanged. The resulting piston is extremely simple, and can be described schematically in the sequence of figures from 19A to 19D depicting the configurations assumed by the internal mechanics of the piston in the instants of operation characterized by the following angles of rotation of the crankshaft: 0 < or> (360 °), 90 °, 180 °, 270 °. The endothermic cycle does not differ from the traditional one. Figure 19A is a longitudinal section of the piston at TDC taken according to a plane orthogonal to the crankshaft. It schematises a piston 105 free to translate in both directions astride the drive shaft 107 which crosses two opposite square walls. The crankshaft 107 includes, in a single piece, a crank pin 117 whose longitudinal axis is L from the axis of the crankshaft 107. The circular section of the crank pin 117 is externally tangent to the circular section of the Crankshaft 107. An eccentric 119 is inserted on the crank pin 117 whose geometric axis is L from the axis of the crank pin 117. The three axes pass through the centers of the three circles. The circular section of the eccentric 119 is tangent externally to the circular section of the crank pin 117. The condition of mutual tangency does not, however, limit the invention but is advantageous in reducing the size of the piston 105. The compatibility of the movement of the piston 105 with the kinematic constraints imposed by the cylinder 46 and the internal mechanics, appears in the following figures, where it can be seen that the eccentric rotates in the opposite direction with respect to the crank pin 117 and the crankshaft 107, and that at the PMI the stroke is equal to 2L. However, there is no symmetry in the positions reached by the piston during the instants indicated with the same angles of rotation of the crankshaft 107. In fact, passing from 0 <o> to 90 °, the piston 105 makes a longer journey than the one it makes when passing from 90 ° to 180 ° and this induces inertial components of the second order to balance the condition of zero speed at the dead points.

Il movimento traslatorio del pistone 100 di figura 19A dotato di un solo eccentrico 119 viene reso simmetrico durante la corsa introducendo una ulteriore manovella di spinta, come mostrato nelle successive figure relative ad una variante che non ha impatto sulla forma del cilindro, e neppure sistema di lamine trasversali e fasce di contenimento dell’olio presenti nelle pareti del pistone. Le successive figure sono tutte riferite alla suddetta variante. The translational movement of the piston 100 of figure 19A equipped with a single eccentric 119 is made symmetrical during the stroke by introducing a further thrust crank, as shown in the following figures relating to a variant which has no impact on the shape of the cylinder, and not even a system of transversal plates and oil containment bands present in the piston walls. The following figures all refer to the aforementioned variant.

La figura 20 mostra la faccia quadrata del pistone 105 realizzato secondo la variante. La figura 21 à ̈ una vista in sezione centrale lungo un piano ortogonale alla faccia di figura 20 e parallelo alle facce più strette del pistone di forma parallelepipeda 105. Facendo riferimento ad entrambe le figure 20 e 21 affiancate, si può notare che lungo i bordi delle pareti 64, 65, 66, 67 del pistone 105 sono presenti le stesse lamine trasversali e fasce perimetrali di contenimento dell’olio visibili in figura 9B. Dette pareti formano una cornice che lascia intravvedere un’ampia apertura 106a per l’introduzione dell’albero motore 107 e degli elementi che verranno detti. Un’analoga apertura 106b à ̈ presente bella faccia opposta. All’interno del pistone 105 sono collocati due binari 108 e 109 a forma di L, speculari rispetto alla mezzeria, fissati mediante viti 112 e 113 a rispettive protrusioni verso l’interno 110 e 111 della testa e della base del pistone 105. I binari 108 e 109 hanno il lato più corto poggiante sulla propria protrusione che decorre per tutta la lunghezza della faccia 109, da una parete laterale all’altra. Lungo i detti binari può traslare una slitta di forma quadrata 114 simile ad un telaietto, con un lato a contatto del binario 108 ed il lato opposto a contatto del binario 109; i lati della slitta a contatto dei binari hanno una scanalatura longitudinale per accogliere il bordo longitudinale del rispettivo binario durante la traslazione. L’albero motore 107 attraversa il pistone 105 sorretto da due bronzine di banco 115 e 116 inserite in corrispondenti fori nelle pareti del cilindro 46. L’albero motore 107 forma all’interno del pistone 105 una sorta di collo d’oca in un unico pezzo, comprendente una prima manovella 117 ed una seconda manovella 118 contigua alla prima. Le due manovelle sono in pratica delle sezioni disassate dell’albero motore 107, ridotte quindi ai soli perni di manovella di diametro differente. Sul perno di manovella 117 à ̈ libero di ruotare un eccentrico circolare 119 restando a contatto della parete del pistone 10. L’eccentrico circolare 119 ha una semiparte alleggerita di spessore ridotto verso il bordo circolare esterno. Il bordo del perno di manovella 117 eccede la parte restante per un corto tratto a partire dalla parte della manovella 118 ed a contatto con il bordo dell’eccentrico 119. Figure 20 shows the square face of the piston 105 made according to the variant. Figure 21 is a central section view along a plane orthogonal to the face of figure 20 and parallel to the narrower faces of the parallelepiped 105 piston. Referring to both figures 20 and 21 side by side, it can be seen that along the edges of the walls 64, 65, 66, 67 of the piston 105 there are the same transverse plates and perimeter bands for containing the oil visible in figure 9B. Said walls form a frame which allows a glimpse of a wide opening 106a for the introduction of the drive shaft 107 and of the elements that will be mentioned. A similar opening 106b has a beautiful opposite face. Inside the piston 105 there are two L-shaped tracks 108 and 109, specular with respect to the center line, fixed by screws 112 and 113 to respective protrusions towards the interior 110 and 111 of the head and base of the piston 105. The tracks 108 and 109 have the shorter side resting on its protrusion which runs along the entire length of the face 109, from one side wall to the other. A square-shaped slide 114 similar to a small frame can translate along said tracks, with one side in contact with the track 108 and the opposite side in contact with the track 109; the sides of the slide in contact with the rails have a longitudinal groove to accommodate the longitudinal edge of the respective rail during translation. The crankshaft 107 passes through the piston 105 supported by two main bushings 115 and 116 inserted in corresponding holes in the walls of the cylinder 46. The crankshaft 107 forms a sort of neck inside the piston 105. goose in a single piece, comprising a first crank 117 and a second crank 118 contiguous to the first. The two cranks are in practice offset sections of the drive shaft 107, therefore reduced to just the crank pins of different diameters. A circular eccentric 119 is free to rotate on the crank pin 117 while remaining in contact with the wall of the piston 10. The circular eccentric 119 has a lightened half-part of reduced thickness towards the outer circular edge. The edge of the crank pin 117 exceeds the remainder for a short distance starting from the part of the crank 118 and in contact with the edge of the eccentric 119.

Il primo perno di manovella 117 ha un diametro di circa 3/2 quello dell’albero motore 107. Il secondo perno di manovella 118 ha un diametro circa uguale a quello dell’albero motore 107. Le sezioni trasversali dei tre elementi sono cerchi con i propri centri allineati lungo un asse comune, di cui, il cerchio corrispondente all’albero motore 107 à ̈ tangente internamente il cerchio del primo perno di manovella 117, mentre il cerchio corrispondente al secondo perno di manovella 118 à ̈ tangente internamente il cerchio corrispondente al primo perno di manovella 117. La distanza L dell’asse dell’albero motore 107 dall’asse del primo perno di manovella 117 à ̈ uguale alla distanza L dell’asse di quest’ultimo dall’asse del secondo perno di manovella 118. Ciò consente un dimensionamento abbondante sia dell’albero motore 107 sia del primo perno di manovella 117 per quella data corsa del pistone 105. In pratica à ̈ stato possibile adottare un diametro dell’albero motore uguale a ben cinque volte il valore dell’eccentricità contro i due della soluzione con ingranaggi. Essendo il secondo perno di manovella 118 allineato al primo perno di manovella 117 nel punto di massima estensione oltre l’albero motore, resta a disposizione un vano alto 1/2 diametro dell’albero motore sopra e sotto il secondo perno di manovella 118 per la slitta e114 d i relativi binari 108 e 109. Pur essendo il diametro dell’eccentrico 119 circa doppio di quello dell’albero motore 107, l’area della faccia quadrata del pistone 105 non aumenta eccessivamente poiché l’ingombro dell’eccentrico coincide per tre quarti a quella del proprio perno 117. Le due figure evidenziano inoltre delle canalizzazioni per la circolazione forzata dell’olio di lubrificazione e raffreddamento interne alle pareti del cilindro 46 e dell’albero motore 107. Più precisamente, nelle pareti contrapposte del cilindro 46 di figura 20 spazzate dalle lamine di contenimento trasversali, sono ricavati dei rispettivi condotti 120 e 121 di drenaggio dell’olio raccolto da queste lamine. Nelle pareti contrapposte del cilindro 46 di figura 21 spazzate dalle fasce perimetrali sono ricavati dei rispettivi condotti 122 e 123 di mandata dell’olio in pressione proveniente dalla pompa, e dei rispettivi condotti 124 e 125 di deflusso dell’olio esausto verso la coppa 57b. Ciascun condotto di mandata comunica con un foro presente in una rispettiva bronzina di banco 115 e 116. Il condotto 123 prosegue oltre la bronzina 115 in un condotto 126 interno albero motore 107 in direzione radiale, sfociante in un condotto 127 in direzione assiale. Il condotto assiale 127 penetra entro il primo ed il secondo perno di manovella, 117 e 118, per diramarsi in rispettivi condotti 128 e 129 diretti verso il bordo circolare degli stessi per lubrificare il contatto con l’eccentrico 119 e il contatto di un pattino della slitta 114 con il binario 113. Dal condotto assiale 127 si diramano altri due condotti allineati ai precedenti 128 e 129 ma diretti verso punti opposti del bordo circolare dei due rispettivi perni di manovella per lubrificare il contatto con l’eccentrico 119 e il pattino dell’altro pattino della slitta 114 con il binario 108. L’olio portato all’eccentrico 119 attraversa due condotti radiali nella parete dello stesso per lubrificare il contatto strisciante contro le pareti interne di testa e di base del pistone 47. The first crank pin 117 has a diameter of approximately 3/2 that of the crankshaft 107. The second crank pin 118 has a diameter approximately equal to that of the crankshaft 107. The cross sections of the three elements are circles with their centers aligned along a common axis, of which the circle corresponding to the crankshaft 107 is internally tangent to the circle of the first crank pin 117, while the circle corresponding to the second crank pin 118 is internally tangent to the circle corresponding to the first crank pin 117. The distance L of the axis of the crankshaft 107 from the axis of the first crank pin 117 is equal to the distance L of the axis of the latter from the axis of the latter. axis of the second crank pin 118. This allows an abundant sizing of both the crankshaft 107 and the first crank pin 117 for that given stroke of the piston 105. In practice it was possible to adopt a crankshaft diameter ug equal to five times the value of the eccentricity against the two of the solution with gears. Since the second crank pin 118 is aligned with the first crank pin 117 at the point of maximum extension beyond the crankshaft, there remains a 1/2 diameter high compartment of the crankshaft above and below the second crank pin 118 for the slide e114 d the relative tracks 108 and 109. Although the diameter of the eccentric 119 is approximately double that of the crankshaft 107, the area of the square face of the piston 105 does not increase excessively since the overall dimensions of the eccentric coincides for three quarters with that of its own pin 117. The two figures also highlight the channels for the forced circulation of the lubrication and cooling oil inside the walls of the cylinder 46 and of the crankshaft 107. More precisely , in the opposite walls of the cylinder 46 of figure 20 swept by the transverse containment laminae, respective ducts 120 and 121 are obtained for draining the oil collected by these laminae. In the opposite walls of the cylinder 46 of figure 21, swept by the perimeter bands, there are respective ducts 122 and 123 for the delivery of the pressurized oil coming from the pump, and of the respective ducts 124 and 125 for the drainage of the exhausted oil towards the sump 57b. Each delivery duct communicates with a hole present in a respective main bushing 115 and 116. The duct 123 continues beyond the bushing 115 in a duct 126 inside the drive shaft 107 in a radial direction, leading to a duct 127 in the axial direction. The axial duct 127 penetrates into the first and the second crank pin, 117 and 118, to branch into respective ducts 128 and 129 directed towards the circular edge of the same to lubricate the contact with the eccentric 119 and the contact of a shoe of the slide 114 with the track 113. From the axial duct 127 two other ducts branch off, aligned with the previous ones 128 and 129 but directed towards opposite points of the circular edge of the two respective crank pins to lubricate the contact with the eccentric 119 and the sliding block of the other shoe of the slide 114 with the rail 108. The oil brought to the eccentric 119 passes through two radial ducts in the wall of the same to lubricate the sliding contact against the internal head and base walls of the piston 47.

Le configurazioni assunte dagli elementi interni al pistone 105 in quattro istanti più significativi di un ciclo di funzionamento sono schematizzate nella sequenza di figure da 22A a 22D. Gli istanti considerati corrispondono ai seguenti angoli di rotazione dell’albero motore: 0<o>(360°), 90°, 180°, 270 °. Il ciclo endotermico non si discosta da quello tradizionale. Le figure 22A ÷ 22D sono allineate alle figure 19A ÷ 19D di modo che, essendo uguale la disposizione degli elementi comuni ed il valore L di eccentricità, à ̈ possibile un confronto diretto tra le due realizzazioni. La sequenza delle figure da 22A a 22D chiarisce l’apporto della slitta 114 traslante assieme al pistone 105 in quanto ad esso rigidamente connessa. In figura 22A con il pistone 105 al PMS il perno 118 à ̈ al centro della slitta 11, l’asse dell’eccentrico 119 à ̈ allineato all’asse del primo perno di manovella 117 e del secondo perno di manovella 118, sicché nessuna componente ortogonale all’asse del pistone à ̈ possibile generare con il pistone al PMS, che idealmente dovrebbe restare immobile come d’altronde in qualunque altro tipo di motore alternativo. La condizione di stallo tuttavia non si presenta affatto grazie al volano e ad uno sfasamento nell’accensione. La figura in questione dovrebbe quindi essere immaginata dopo un brevissimo istante dal superamento del PMS nel senso indicato dalle frecce. La figura 22B mostra la configurazione interna quando il pistone 105 ha compiuto una traslazione verso il PMI di lunghezza 2L e l’albero motore 107 ha compiuto una rotazione di 90°. Si può notare in figura la rotazione rigida del collo d’oca costituito dagli elementi 107, 117, 118 in pezzo unico, e la rototraslazione di 90° dell’eccentrico 119 che ha comportato quell’abbassamento 2L del pistone 105 e con esso della slitta 114. Nella variante, l’ulteriore vincolo cinematico costituito dalla slitta 114 con il secondo perno di manovella 118 genera un momento addizionale sull’albero motore 107 di senso congruente al momento generato dal solo eccentrico 119. L’effetto del momento addizionale à ̈ quello di sincronizzare la traslazione del pistone alla rotazione dell’albero motore, che risulterà evidente nelle successive figure; infatti, la traslazione 2L del pistone 105 in figura 22B à ̈ maggiore della traslazione riscontrata nell’analoga figura 19B, e la differenza à ̈ tale da rendere esprimibile mediante multipli interi tale traslazione corrispondente alla rotazione di 90° dell’albero motore 107. Quanto detto equival e ad una sincronizzazione che sarà mantenuta ad ogni incremento di 90°. Sempr e in figura 22B si può notare che mentre il pistone 105 à ̈ traslato verso il PMI di 2L, il secondo perno di manovella 118 à ̈ traslato verso l’esterno entro la slitta 114 di 2L. L’effetto congiunto delle due traslazioni lungo direzioni ortogonali à ̈ quello di far compiere all’albero motore 107 una rotazione di 90°. La prec edente sincronizzazione à ̈ mantenuta nella configurazione di figura 22C dove il cielo del pistone 105 à ̈ al PMI distante 4L dalla testa del cilindro, ed il secondo perno di manovella 118 à ̈ riportato al centro della slitta 114. La configurazione mostrata nella successiva figura 22D à ̈ quella in cui il pistone 105 nella corsa verso il PMS ha ridotto di 2L la distanza dalla testa del cilindro, l’albero motore 107 à ̈ ruotato di altri 90°, ed il secondo perno di manovella 118 à ̈ traslato entro la slitta 114 di 2L in senso opposto al precedente. L’istante successivo completa il ciclo endotermico riproponendo la configurazione di figura 22A. Al termine di questo istante il pistone 105 ha completato la corsa verso il PMS e l’albero motore il giro di 360°, ed il secondo perno di manovella 118 à ̈ ritornato al centro della slitta 114. The configurations assumed by the elements inside the piston 105 in the four most significant instants of an operating cycle are schematized in the sequence of figures 22A to 22D. The instants considered correspond to the following angles of rotation of the motor shaft: 0 <o> (360 °), 90 °, 180 °, 270 °. The endothermic cycle does not differ from the traditional one. Figures 22A to 22D are aligned with figures 19A to 19D so that, since the arrangement of the common elements and the eccentricity value L are the same, a direct comparison between the two embodiments is possible. The sequence of figures 22A to 22D clarifies the contribution of the sliding slide 114 together with the piston 105 as it is rigidly connected to it. In figure 22A with the piston 105 at TDC, the pin 118 is in the center of the slide 11, the axis of the eccentric 119 is aligned with the axis of the first crank pin 117 and the second crank pin 118, so that no component orthogonal to the axis of the piston is possible to generate with the piston at TDC, which ideally should remain immobile as in any other type of reciprocating engine. However, the stall condition does not occur at all thanks to the flywheel and a phase shift in the ignition. The figure in question should therefore be imagined after a very short instant from exceeding the TDC in the direction indicated by the arrows. Figure 22B shows the internal configuration when the piston 105 has performed a translation towards the PMI of length 2L and the crankshaft 107 has performed a rotation of 90 °. It can be seen in the figure the rigid rotation of the gooseneck consisting of the elements 107, 117, 118 in one piece, and the 90 ° roto-translation of the eccentric 119 which resulted in the 2L lowering of the piston 105 and with of the slide 114. In the variant, the further kinematic constraint constituted by the slide 114 with the second crank pin 118 generates an additional moment on the motor shaft 107 of a sense congruent to the moment generated by the eccentric 119 alone. of the additional moment is that of synchronizing the translation of the piston with the rotation of the crankshaft, which will be evident in the following figures; in fact, the translation 2L of the piston 105 in figure 22B is greater than the translation found in the analogous figure 19B, and the difference is such that this translation corresponding to the 90 ° rotation of the crankshaft 107 can be expressed through integer multiples The above is equivalent to a synchronization which will be maintained at each 90 ° increment. Also in figure 22B it can be seen that while the piston 105 is translated towards the PMI of 2L, the second crank pin 118 is translated towards the outside within the slide 114 of 2L. The joint effect of the two translations along orthogonal directions is to make the drive shaft 107 perform a 90 ° rotation. The previous synchronization is maintained in the configuration of figure 22C where the crown of the piston 105 is at BDC 4L from the cylinder head, and the second crank pin 118 is shown in the center of the slide 114. The configuration shown in the following figure 22D is the one in which the piston 105 in the stroke towards the TDC has reduced the distance from the cylinder head by 2L, the crankshaft 107 is rotated by another 90 °, and the second crank pin 118 is translated within the slide 114 of 2L in the opposite direction to the previous one. The next instant completes the endothermic cycle by proposing the configuration of figure 22A. At the end of this instant the piston 105 has completed the stroke towards the TDC and the crankshaft a 360 ° turn, and the second crank pin 118 has returned to the center of the slide 114.

Sulla base della descrizione fornita per un esempio di realizzazione preferito, à ̈ ovvio che alcuni cambiamenti possono essere introdotti dal tecnico del ramo senza con ciò uscire dall’ambito dell’invenzione come risulta dalle seguenti rivendicazioni. On the basis of the description provided for a preferred embodiment example, it is obvious that some changes can be introduced by the person skilled in the art without thereby departing from the scope of the invention as shown in the following claims.

Claims (11)

R I V E N D I C A Z I O N I 1. Motore endotermico comprendente: − almeno un corpo cavo, chiamato in seguito cilindro (46), la cui cavità chiusa ad una estremità di testa si estende lungo un asse longitudinale (A-A; C-C); − un pistone cavo (47, 105) che può traslare entro il cilindro a contatto della parete delimitando in contrapposizione alla testa del cilindro una camera di volume variabile entro cui innescare ciclicamente la combustione di una miscela gassosa di aria e combustibile e sfruttare i gas combusti per accelerare il pistone; − un meccanismo di conversione del moto traslatorio del pistone in moto rotatorio dell’albero motore (59, 107) e viceversa, caratterizzato dal fatto che: − il detto meccanismo à ̈ contenuto nel pistone (47, 105), l’albero motore (59, 107) attraversando la parete del cilindro (46) e del pistone ortogonalmente al detto asse longitudinale, la parete del pistone avendo delle aperture contrapposte che gli consentono di traslare a cavallo dell’albero motore durante l’intera corsa. R I V E N D I C A Z I O N I 1. Internal combustion engine comprising: ∠’at least one hollow body, later called cylinder (46), whose cavity closed at one end of the head extends along a longitudinal axis (A-A; C-C); ∠'a hollow piston (47, 105) which can move within the cylinder in contact with the wall, delimiting a variable volume chamber in contrast to the cylinder head within which to cyclically trigger the combustion of a gaseous mixture of air and fuel and exploit the gases fuel to accelerate the piston; ∠’a mechanism for converting the translational motion of the piston into the rotary motion of the crankshaft (59, 107) and vice versa, characterized by the fact that: ∠'the said mechanism is contained in the piston (47, 105), the crankshaft (59, 107) crossing the cylinder wall (46) and the piston perpendicular to the longitudinal axis, the piston wall having openings opposed that allow it to translate astride the crankshaft during the entire stroke. 2. Il motore della rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sia il cilindro (46) che il pistone (47, 105) hanno forma parallelepipeda con le facce attraversate dall’albero motore (59, 107) pressoché quadrate, il pistone essendo chiuso da una parete di base (65). 2. The engine of claim 1, characterized in that both the cylinder (46) and the piston (47, 105) have a parallelepiped shape with the faces crossed by the crankshaft (59, 107) almost square, the piston being closed by a base wall (65). 3. Il motore della rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto meccanismo include: − un pignone (69) solidale e coassiale ad un perno di manovella (68) dell’albero motore (59), la circonferenza primitiva dei denti del pignone avendo un raggio uguale alla distanza tra l’asse del pignone e l’asse dell’albero motore (59); − una corona dentata (70) ricavata in un setto (71) solidale al pistone (47), disposto in modo che i denti interni della corona possano ingranare i denti del pignone (69), il raggio della circonferenza primitiva della corona a denti interni (70) essendo doppio del raggio della circonferenza primitiva dei denti del pignone (69); − un eccentrico circolare (72) libero di ruotare sul perno di manovella (68) restando a contatto della parete del pistone (47) durante l’intera corsa così da mantenere costantemente ingranato il pignone alla corona. 3. The engine of claim 2, characterized in that said mechanism includes: ∠'a pinion (69) integral and coaxial to a crank pin (68) of the crankshaft (59), the pitch circumference of the pinion teeth having a radius equal to the distance between the pinion axis and the Axis of the drive shaft (59); ∠'a toothed crown (70) obtained in a septum (71) integral with the piston (47), arranged so that the internal teeth of the crown can mesh with the teeth of the pinion (69), the radius of the primitive circumference of the toothed crown internal (70) being double the radius of the pitch circumference of the pinion teeth (69); ∠’a circular eccentric (72) free to rotate on the crank pin (68) remaining in contact with the wall of the piston (47) during the entire stroke so as to keep the pinion constantly engaged with the crown. 4. Il motore della rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l’eccentrico circolare (72) à ̈ una ruota o un disco con una propria semiparte (72d) di massa confrontabile alla massa del pistone (47), detta massa alzandosi ed abbassandosi per effetto della rotazione eccentrica in sincronia con la traslazione alterna del pistone, ma in direzione opposta, bilancia le forze inerziali causate dall’accelerazione del pistone. 4. The engine of claim 3, characterized by the fact that the circular eccentric (72) is a wheel or disc with its own half-part (72d) of mass comparable to the mass of the piston (47), said mass rising and lowering due to the effect of the eccentric rotation in synchrony with the reciprocating translation of the piston, but in the opposite direction, it balances the inertial forces caused by the acceleration of the piston. 5. Il motore della rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che il detto meccanismo interno al pistone (105) include almeno un primo perno di manovella (117) sul quale à ̈ libero di ruotare un eccentrico circolare (119) restando a contatto della parete del pistone durante l’intera corsa, l’eccentrico (119) avendo un valore di eccentricità uguale alla distanza dell’asse del perno di manovella (117) dall’asse dell’albero motore (107). 5. The engine of claim 2, characterized in that said mechanism inside the piston (105) includes at least a first crank pin (117) on which a circular eccentric (119) is free to rotate while remaining in contact with the wall of the piston during the entire stroke, the eccentric (119) having an eccentricity value equal to the distance of the axis of the crank pin (117) from the axis of the crankshaft (107). 6. Il motore della rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che il detto meccanismo interno al pistone ulteriormente include: − una secondo perno di manovella (118) di diametro inferiore al diametro del primo perno di manovella (117), l’asse del secondo perno di manovella essendo distante dall’asse del primo perno di manovella di quanto il primo perno di manovella dista dall’asse dell’albero motore (107); − una doppia slitta (114) simile ad un telaio entro cui può ruotare il secondo perno di manovella (118) restando a contatto delle pareti della slitta; − due coppie di binari (108, 109), ciascuna coppia solidale ad una rispettiva parete del pistone attraversata dall’albero motore (107), i binari avendo lunghezza uguale alla parete di applicazione ed essendo disposti ortogonalmente all’asse di traslazione del pistone (105), reciprocamente distanziati per accogliere la slitta (114) e guidarla durante la traslazione nei due sensi compiuta ad ogni giro dell’albero motore (107). 6. The engine of claim 5 characterized in that said internal piston mechanism further includes: ∠'a second crank pin (118) with a diameter smaller than the diameter of the first crank pin (117), the axis of the second crank pin being as far away from the axis of the first crank pin as the first crank pin crank is located from the axis of the crankshaft (107); ∠’a double slide (114) similar to a frame within which the second crank pin (118) can rotate while remaining in contact with the walls of the slide; ∠'two pairs of tracks (108, 109), each pair integral with a respective wall of the piston crossed by the motor shaft (107), the tracks having the same length as the application wall and being arranged orthogonally to the translation axis piston (105), mutually spaced to accommodate the slide (114) and guide it during the translation in both directions performed at each revolution of the crankshaft (107). 7. Il motore secondo una qualunque delle rivendicazioni da 2 a 6, caratterizzato dal fatto che: − le pareti delle facce striscianti del pistone hanno dei fori di uscita (66b, 67b, 77a) dell’olio lubrificante fatto circolare in pressione all’interno del pistone, e dei fori d’ingresso (66c, 67c) dell’olio raccolto dalle pareti; − la parete di ciascuna faccia strisciante del pistone ha delle scanalature per l’inserimento di lamine (74a-e, 75a-d) accoppiate a mezzi resilienti (92, 93, 95) in grado di spingerle contro la parete del cilindro per distribuire l’olio di lubrificazione e poi spazzarlo; − delle prime lamine (75a-d) essendo disposte lungo i lati delle pareti attraversate dall’albero motore, a formare delle fasce perimetrali;. − delle seconde lamine (74a-e) essendo disposte trasversalmente alle pareti adiacenti ed includendo delle sedi (88, 89) sui fianchi per l’incastro alle fasce perimetrali (75a-d) 7. The engine according to any one of claims 2 to 6, characterized in that: ∠'the walls of the sliding faces of the piston have outlet holes (66b, 67b, 77a) for the lubricating oil circulated under pressure inside the piston, and inlet holes (66c, 67c) for the € ™ oil collected from the walls; ∠'the wall of each sliding face of the piston has grooves for the insertion of laminae (74a-e, 75a-d) coupled to resilient means (92, 93, 95) capable of pushing them against the cylinder wall to distribute the lubricating oil and then sweep it; ∠’of the first sheets (75a-d) being arranged along the sides of the walls crossed by the drive shaft, to form perimeter bands; ∠’of the second sheets (74a-e) being arranged transversely to the adjacent walls and including seats (88, 89) on the sides for interlocking with the perimeter bands (75a-d) 8. Il motore della rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che le dette lamine trasversali sono in coppia di lamine sovrapposte (74a, 74aa), ciascuna avente una finestra rettangolare (90, 91) disposta longitudinalmente in posizione asimmetrica rispetto al centro, sfalsata da una lamina all’altra, per l’inclusione di mezzi resilienti (92, 93) atti ad esercitare una pressione contro i lati disallineati delle finestre facenti traslare le lamine in opposte direzioni contro le fasce perimetrali (75a-d). 8. The engine of claim 7, characterized in that the said transverse sheets are in pairs of superimposed sheets (74a, 74aa), each having a rectangular window (90, 91) arranged longitudinally in an asymmetrical position with respect to the center, offset by a lamina on the other, for the inclusion of resilient means (92, 93) able to exert pressure against the misaligned sides of the windows making the laminae translate in opposite directions against the perimeter bands (75a-d). 9. Il motore della rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che i mezzi resilienti (96) accoppiati alle fasce perimetrali (75a-d) esercitano una pressione in direzione ortogonale ai lati più lunghi delle lamine trasversali (74a-e), trasmessa a queste ultime dagli incastri. 9. The engine of claim 8, characterized in that the resilient means (96) coupled to the perimeter bands (75a-d) exert a pressure in an orthogonal direction on the longer sides of the transverse laminae (74a-e), transmitted to the latter from the joints. 10. Il motore della rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che à ̈ un motore a due tempi a lubrificazione separata dal combustibile e luci d’immissione (49) e di scarico (50) alla stessa quota di pareti opposte del cilindro (47, 105), le corrispondenti pareti (66, 67) del pistone includendo, ciascuna, tre lamine trasversali (74a-c; 74d-f), di cui, due collocate alle estremità rispettivamente superiore ed inferiore rispetto al cielo del pistone e la terza intermedia, ed i detti fori di uscita e d’ingresso dell’olio (66b, 67b essendo compresi tra la lamina intermedia e la lamina inferiore, la lamina intermedia essendo distante dalla lamina superiore più della lunghezza della corsa, collocandosi oltre le luci d’immissione e di scarico (49, 50) quando il pistone à ̈ al punto morto superiore, con ciò impedendo l’ingresso di olio nella camera di combustione. 10. The engine of claim 9, characterized in that it is a two-stroke engine with separate fuel lubrication and inlet (49) and exhaust (50) ports at the same level of opposite cylinder walls (47, 105), the corresponding walls (66, 67) of the piston each including three transversal plates (74a-c; 74d-f), two of which are located at the ends respectively upper and lower than the piston crown and the third intermediate , and the said oil outlet and inlet holes (66b, 67b being included between the intermediate lamina and the lower lamina, the intermediate lamina being more distant from the upper lamina than the length of the stroke, being located beyond the Inlet and exhaust (49, 50) when the piston is at top dead center, thereby preventing oil from entering the combustion chamber. 11. Il motore della rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che la porzione (66a) di ciascuna parete del pistone compresa tra la lamina trasversale intermedia e la lamina trasversale superiore à ̈ indurita superficialmente, e le pareti del cilindro (46) sono solcate da micro linee incrociate in grado di trattenere una certa quantità di olio anche dopo essere state spazzate dalle lamine trasversali in risalita verso il punto morto superiore, poi ceduta alla zona indurita superficialmente e da qui al cilindro durante la discesa al punto morto inferiore.11. The engine of claim 10, characterized in that the portion (66a) of each piston wall comprised between the intermediate transverse foil and the upper transverse foil is surface hardened, and the walls of the cylinder (46) are furrowed by micro crossed lines capable of retaining a certain quantity of oil even after having been swept by the transversal blades rising towards the top dead center, then yielded to the surface hardened area and from there to the cylinder during the descent to the bottom dead center.
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