ITMI20131783A1

ITMI20131783A1 - DEVICE FOR THE FLUID DYNAMIC IMPROVEMENT OF GASES IN AN ALTERNATIVE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Info

Publication number: ITMI20131783A1
Application number: IT001783A
Authority: IT
Inventors: Giovanni Talpo
Original assignee: Giovanni Talpo
Priority date: 2013-10-25
Filing date: 2013-10-25
Publication date: 2015-04-26

Description

“Dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in un motore alternativo a combustione interna.” "Device for the fluid dynamic improvement of gases in an internal combustion reciprocating engine."

Descrizione Description

La presente invenzione si riferisce a un dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in un motore alternativo a combustione interna. Più in particolare, la presente invenzione si riferisce a un dispositivo comprendente una valvola di non ritorno che, collegata con i condotti di aspirazione e di scarico o con il condotto di scarico e l’ambiente esterno, del cilindro di un motore alternativo a combustione interna a due o quattro tempi, preferibilmente a iniezione diretta, permette di ottimizzare il moto dei gas attraverso detti condotti migliorando il rendimento complessivo del motore e abbassando la rumorosità di funzionamento. Come noto, le valvole di non ritorno (check valves) sono ampiamente conosciute nello stato della tecnica e sono ampiamente utilizzate nei settori degli impianti idraulici e fluidici. Queste valvole, realizzate in diverse soluzioni tecniche, dimensioni e materiali, hanno la funzione di consentire il passaggio di un fluido liquido o gassoso in una direzione impedendo il passaggio nella direzione inversa. The present invention refers to a device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine. More particularly, the present invention relates to a device comprising a non-return valve which, connected with the intake and exhaust ducts or with the exhaust duct and the external environment, of the cylinder of a reciprocating internal combustion engine with two or four strokes, preferably with direct injection, it allows to optimize the motion of the gases through said ducts, improving the overall efficiency of the engine and lowering the operating noise. As known, check valves are widely known in the state of the art and are widely used in the fields of hydraulic and fluidic systems. These valves, made in different technical solutions, dimensions and materials, have the function of allowing the passage of a liquid or gaseous fluid in one direction, preventing the passage in the reverse direction.

Per una migliore comprensione dello stato della tecnica e dei problemi a esso inerenti, sarà dapprima descritto il funzionamento termodinamico dei motori alternativi a combustione interna noti nello stato della tecnica per applicazioni di motori per autotrazione. For a better understanding of the state of the art and of the problems inherent to it, the thermodynamic operation of reciprocating internal combustion engines known in the state of the art for automotive engine applications will be described first.

I motori alternativi a combustione interna a quattro tempi per autotrazione erogano energia meccanica seguendo un ciclo termodinamico di funzionamento predefinito. Generalmente, per gli impieghi tradizionali, si utilizzano motori alternativi che funzionano secondo due cicli termodinamici prevalenti detti ciclo “Otto” e ciclo “Diesel”. Questi motori sono costruttivamente costituiti da una pluralità di cilindri che possono variare da uno fino a più di 10. All’interno dei cilindri avviene la combustione con sviluppo di gas in pressione che movimenta i relativi pistoni i quali trasmettono il moto rettilineo alternativo a un sistema biella-manovella che lo trasforma in una coppia rotazionale in uscita da un albero a gomiti rotante. The reciprocating four-stroke internal combustion engines for automotive deliver mechanical energy following a predefined thermodynamic operating cycle. Generally, for traditional uses, reciprocating engines are used which operate according to two prevalent thermodynamic cycles called the “Otto” cycle and the “Diesel” cycle. These engines are constructively constituted by a plurality of cylinders which can vary from one to more than 10. Combustion takes place inside the cylinders with the development of gas under pressure which moves the relative pistons which transmit the reciprocating rectilinear motion to a system connecting rod-crank which transforms it into a rotational torque output from a rotating crankshaft.

Considerando per semplicità di descrizione un motore monocilindrico, detti motori a quattro tempi, che funzionino sia secondo un ciclo Otto o secondo un ciclo Diesel, compiono un ciclo termodinamico completo in quattro fasi che comportano due giri completi della manovella e dell’albero a gomiti. Almeno due valvole, una di aspirazione e una di scarico, sono disposte nella testata di detto cilindro contenente il pistone e regolano l’ingresso dei fluidi nella camera di combustione aprendo e chiudendo i condotti di aspirazione e di scarico secondo le diverse fasi e in maniera sincrona al movimento del pistone e della manovella. Considering for simplicity of description a single-cylinder engine, called four-stroke engines, which operate either according to an Otto cycle or according to a Diesel cycle, perform a complete four-phase thermodynamic cycle involving two complete turns of the crank and crankshaft. At least two valves, one inlet and one exhaust, are arranged in the head of said cylinder containing the piston and regulate the entry of fluids into the combustion chamber by opening and closing the intake and exhaust ducts according to the different phases and in a manner synchronous to the movement of the piston and crank.

Durante la fase I di aspirazione la valvola di scarico si apre permettendo al gas comburente, premiscelato con il carburante da un sistema d’iniezione, di fluire all’interno della camera di combustione. Detta miscela, nei motori tradizionali, è aspirata dal movimento del pistone che scorre aumentando il volume della camera di combustione. In alcune applicazioni il gas comburente è compresso all’interno della camera di combustione attraverso compressori volumetrici o turbocompressori al fine di aumentare il rendimento complessivo del motore. I motori di ultima generazione sono prevalentemente a “iniezione diretta”, cioè il gas comburente è miscelato con il carburante direttamente nella camera di combustione dove quest’ultimo è iniettato. Successivamente, nella fase II di compressione con la valvola di aspirazione chiusa, il pistone risale nel cilindro riducendo il volume della camera di combustione e comprimendo la miscela gas comburente/carburante fino al punto morto superiore dove quest’ultima si accende producendo la combustione. L’accensione della miscela può avvenire spontaneamente per compressione o comandata da una candela di accensione. During the intake phase I the exhaust valve opens allowing the combustion gas, premixed with the fuel from an injection system, to flow inside the combustion chamber. Said mixture, in traditional engines, is aspirated by the movement of the piston which slides, increasing the volume of the combustion chamber. In some applications, the combustion gas is compressed inside the combustion chamber through volumetric compressors or turbochargers in order to increase the overall efficiency of the engine. The latest generation engines are mainly "direct injection", ie the combustion gas is mixed with the fuel directly in the combustion chamber where the latter is injected. Subsequently, in phase II of compression with the intake valve closed, the piston rises into the cylinder reducing the volume of the combustion chamber and compressing the combustion gas / fuel mixture to the top dead center where the latter ignites, producing combustion. The ignition of the mixture can occur spontaneously by compression or controlled by a spark plug.

Nella fase III di combustione si sviluppa una grande quantità di gas combusti i quali, espandendosi, aumentano la pressione e spingono il pistone verso il basso aumentando il volume della camera di combustione. Nella fase IV il pistone risale contemporaneamente all’apertura della valvola di scarico per consentire l’espulsione dei gas di combustione attraverso il condotto di scarico, dopodiché il ciclo ricomincia dalla fase I. In phase III of combustion a large quantity of combustion gases develops which, expanding, increase the pressure and push the piston downwards, increasing the volume of the combustion chamber. In phase IV the piston rises simultaneously with the opening of the exhaust valve to allow the expulsion of the combustion gases through the exhaust duct, after which the cycle restarts from phase I.

Sono anche note nello stato della tecnica svariate soluzioni applicabili ai motori alternativi a combustione interna, per applicazioni automobilistiche e non solo, che hanno lo scopo di migliorarne i rendimenti e le prestazioni e contenerne i consumi. Various solutions are also known in the state of the art which can be applied to reciprocating internal combustion engines, for automotive applications and not only, which have the purpose of improving their efficiency and performance and limiting their consumption.

Una soluzione in particolare, utilizzata sia per i motori alternativi a ciclo Otto e ciclo Diesel, consiste nel collegare il condotto di scarico con quello di aspirazione con una valvola EGR (Exhaust Gas Recirculation), comandata da una centralina elettronica, e che ha la funzione di fare ricircolare una piccola quantità di gas di scarico nella camera di combustione previo raffreddamento di detti gas attraverso uno scambiatore di calore. Questa soluzione consente di abbattere la percentuale totale dei gas inquinanti per mezzo dell’introduzione di gas inerti nella camera di combustione riducendo la formazione di sostanze inquinanti nei gas di scarico. A solution in particular, used for both Otto cycle and Diesel cycle reciprocating engines, consists in connecting the exhaust duct with the intake one with an EGR (Exhaust Gas Recirculation) valve, controlled by an electronic control unit, and which has the function to recirculate a small quantity of exhaust gas in the combustion chamber after cooling said gases through a heat exchanger. This solution allows to reduce the total percentage of polluting gases by introducing inert gases into the combustion chamber, reducing the formation of pollutants in the exhaust gases.

E’ altresì nota la soluzione di utilizzare valvole di non ritorno sul collettore di aspirazione di motori alternativi a combustione interna a due tempi, al fine di impedire la fuga dei gas di scarico nel collettore di aspirazione stesso. The solution of using non-return valves on the intake manifold of two-stroke reciprocating internal combustion engines is also known, in order to prevent the escape of exhaust gases into the intake manifold itself.

I motori alternativi, seppur ampiamente utilizzati e collaudati, non sono esenti da inconvenienti. The reciprocating engines, although widely used and tested, are not without drawbacks.

Durante le fasi in cui le valvole sono chiuse il flusso di gas è interrotto e conseguentemente si avrà un flusso discontinuo e ciclico attraverso i condotti di aspirazione e di scarico nel susseguirsi dei cicli. Questo flusso discontinuo crea l’inconveniente di avere all’apertura della valvola di aspirazione un gas fresco in quiete, privo di energia cinetica e che di conseguenza deve mettersi in movimento per riempire la camera di combustione. During the phases in which the valves are closed, the gas flow is interrupted and consequently there will be a discontinuous and cyclic flow through the intake and exhaust ducts in the succession of cycles. This discontinuous flow creates the inconvenience of having a fresh gas at rest at the opening of the intake valve, devoid of kinetic energy and which consequently has to move to fill the combustion chamber.

Altro inconveniente tipico dei motori alternativi, in particolar modo per quelli utilizzati per competizioni portati alle estreme condizioni di funzionamento, è dovuto al fatto che il flusso dei gas combusti in uscita dalla camera di combustione genera un’onda di pressione ciclica all’interno del collettore di scarico che può creare, dopo il suo passaggio, una depressione all’interno dell’impianto di scarico. Questa depressione tende a trattenere i gas combusti e, in casi estremi o condizioni di risonanza, delle onde di pressione inverse che favoriscono il ritorno dei gas di scarico stessi nella direzione inversa, con conseguente diminuzione delle prestazioni e aumento della rumorosità acustica di funzionamento. Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati. Another typical drawback of reciprocating engines, especially for those used for competitions brought to extreme operating conditions, is due to the fact that the flow of burnt gases leaving the combustion chamber generates a cyclic pressure wave inside the manifold. which can create, after its passage, a depression inside the exhaust system. This depression tends to retain the burnt gases and, in extreme cases or resonance conditions, inverse pressure waves that favor the return of the exhaust gases themselves in the reverse direction, with a consequent decrease in performance and an increase in operating acoustic noise. The object of the present invention is to obviate the above-mentioned drawbacks.

Più in particolare, lo scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione dell’utilizzatore un dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in un motore alternativo a combustione interna che permetta di ottimizzare il moto fluidodinamico dei gas all’interno dei condotti di aspirazione e di scarico con una minore inerzia di movimentazione degli stessi, consentendo un aumento del rendimento generale del motore stesso. More specifically, the object of the present invention is to make available to the user a device for the fluid dynamic improvement of the gases in an internal combustion reciprocating engine which allows to optimize the fluid dynamic motion of the gases inside the intake ducts and with a lower inertia of movement of the same, allowing an increase in the general efficiency of the engine itself.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di provvedere un dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in un motore alternativo a combustione interna che diminuisca la rumorosità acustica di funzionamento dello stesso. A further object of the present invention is to provide a device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine which reduces the acoustic noise of operation of the same.

Non ultimo scopo dell’invenzione è quello di provvedere un dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas che consenta una facile ed economica integrazione sui motori alternativi a combustione interna tradizionali e su impianti già esistenti. Not least object of the invention is to provide a device for the fluid-dynamic improvement of gases that allows easy and economical integration on traditional internal combustion reciprocating engines and on existing systems.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di mettere a disposizione degli utilizzatori un dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in grado di garantire un elevato livello di resistenza e affidabilità nel tempo, tale inoltre da poter essere facilmente ed economicamente realizzato. Questi e altri scopi ancora vengono raggiunti dal dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas oggetto della presente invenzione in accordo con la rivendicazione principale. A further purpose of the invention is to make available to users a device for the fluid dynamic improvement of gases capable of guaranteeing a high level of resistance and reliability over time, such that it can also be easily and economically realized. These and still other objects are achieved by the device for the fluid dynamic improvement of the gases object of the present invention in accordance with the main claim.

Le caratteristiche costruttive e funzionali del dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in un motore alternativo a combustione interna della presente invenzione potranno essere meglio comprese dalla dettagliata descrizione che segue, in cui si fa riferimento alle allegate tavole di disegni che ne rappresentano due forme di realizzazione preferite e non limitative e in cui: The constructive and functional characteristics of the device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine of the present invention can be better understood from the detailed description that follows, in which reference is made to the attached drawings which represent two embodiments. preferred and non-limiting and in which:

la figura 1A è una rappresentazione assonometrica schematica di una sezione di un motore alternativo a combustione interna a 4 tempi con il dispositivo oggetto dell’invenzione; Figure 1A is a schematic axonometric representation of a section of a 4-stroke reciprocating internal combustion engine with the device object of the invention;

la figura 1B è una vista in dettaglio della rappresentazione assonometrica di figura 1A con il dispositivo oggetto dell’invenzione; Figure 1B is a detailed view of the axonometric representation of Figure 1A with the device object of the invention;

la figura 2A è una rappresentazione schematica di una vista in sezione di un motore alternativo con il dispositivo oggetto dell’invenzione; Figure 2A is a schematic representation of a sectional view of a reciprocating engine with the device object of the invention;

la figura 2B è una rappresentazione in dettaglio della vista in sezione di figura 2A con la valvola di non ritorno in posizione chiusa; Figure 2B is a detailed representation of the sectional view of Figure 2A with the non-return valve in the closed position;

la figura 2C è una rappresentazione in dettaglio della vista in sezione di figura 2A con la valvola di non ritorno in posizione aperta; Figure 2C is a detailed representation of the sectional view of Figure 2A with the non-return valve in the open position;

la figura 3 è una rappresentazione schematica in sezione del funzionamento del dispositivo oggetto dell’invenzione durante la fase di scarico; Figure 3 is a schematic sectional representation of the operation of the device object of the invention during the unloading phase;

la figura 4 è una rappresentazione schematica in sezione del funzionamento del dispositivo oggetto dell’invenzione durante la fase di aspirazione; Figure 4 is a schematic sectional representation of the operation of the device object of the invention during the suction phase;

la figura 5 è una rappresentazione schematica in sezione del funzionamento del dispositivo oggetto dell’invenzione durante la fase di combustione ed espansione; Figure 5 is a schematic sectional representation of the operation of the device object of the invention during the combustion and expansion phase;

la figura 6 è una rappresentazione schematica in sezione di una forma alternativa di realizzazione del dispositivo oggetto dell’invenzione nel suo funzionamento durante la fase di scarico; Figure 6 is a schematic sectional representation of an alternative embodiment of the device object of the invention in its operation during the unloading phase;

la figura 7 è una rappresentazione schematica in sezione di una forma alternativa di realizzazione del dispositivo oggetto dell’invenzione nel suo funzionamento durante la fase di aspirazione; Figure 7 is a schematic sectional representation of an alternative embodiment of the device object of the invention in its operation during the suction phase;

Con riferimento iniziale alle figure da 1A a 5, il dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas della presente invenzione, indicato nel complesso con 10 ed esemplificativamente rappresentato integrato in un tradizionale motore alternativo a combustione interna a quattro tempi e per semplicità raffigurato in una realizzazione monocilindrica, comprende, nella sua forma più generale, una generica valvola di non ritorno 20 inserita all’interno della testata o monoblocco di un corpo cilindro 11 del suddetto motore. Detta valvola di non ritorno 20 è stabilmente disposta nella parte centrale di un condotto di collegamento 12 che collega direttamente il condotto di aspirazione 13 con il condotto di scarico 14 del corpo cilindro 11 del motore. With initial reference to Figures 1A to 5, the device for the fluid-dynamic improvement of the gases of the present invention, indicated as a whole with 10 and represented by way of example integrated in a traditional four-stroke reciprocating internal combustion engine and for simplicity represented in a single-cylinder embodiment , comprises, in its most general form, a generic non-return valve 20 inserted inside the cylinder head or block of a cylinder body 11 of the aforementioned engine. Said non-return valve 20 is stably arranged in the central part of a connection duct 12 which directly connects the intake duct 13 with the exhaust duct 14 of the cylinder body 11 of the engine.

Il motore comprende anche un pistone 15, collegato cinematicamente a un manovellismo 16, che definisce in cooperazione con il corpo cilindro 11 una camera di combustione 19, una valvola di aspirazione 17 e una di scarico 18 azionate da un sistema di distribuzione non raffigurato e collegato cinematicamente al manovellismo 16. Il corpo cilindro 11 è altresì dotato di una candela d’accensione 38 e di noti mezzi per l’iniezione diretta del carburante non rappresentati. The engine also comprises a piston 15, kinematically connected to a crank mechanism 16, which defines in cooperation with the cylinder body 11 a combustion chamber 19, an intake valve 17 and an exhaust valve 18 operated by a distribution system not shown and connected kinematically to the crank mechanism 16. The cylinder body 11 is also equipped with a spark plug 38 and with known means for direct fuel injection, not shown.

Con riferimento alle sole figure 1A e 2A, 2B, 2C la valvola di non ritorno 20 in una forma di realizzazione preferita è composta di un corpo valvola 21 di forma cilindrica che definisce al suo interno una camera 22 passante e presentante uno spallamento conico 23. All’interno di detta camera 22 è coassialmente inserito un disco 24, provvisto sul diametro esterno di mezzi per la stabilizzazione alla camera 22 stessa, e presentante una pluralità di fori di passaggio aria 25, calibrati e disposti regolarmente nella sua porzione periferica esterna. Detto disco 24, inoltre, è conformato in modo da definire nella sua parte centrale una boccola 26 all’interno della quale è scorrevolmente inserito un otturatore 27. Detto otturatore 27 presenta uno stelo 28 cilindrico con una testa 29 tronco-conica che definisce una superficie conica 29’ cooperante con lo spallamento conico 23 del corpo valvola 21. Le estremità di detta testa 29 definiscono altresì due battute 30 e 30’ e, in prossimità della battuta 30’ con lo stelo 28, l’otturatore 27 definisce un collarino 31 di distanziamento con la boccola 26 del disco 24. Tra la superficie interna di detta camera 22 del corpo valvola 21, in corrispondenza della quale scorre assialmente l’otturatore 27, e il diametro esterno della testa 29 dell’otturatore stesso non vi è contatto ma uno spazio anulare per consentire al gas di fluire quando la superficie conica 29’ di detto otturatore 27 non è a contatto con lo spallamento conico 23 di detto corpo valvola 21. With reference only to Figures 1A and 2A, 2B, 2C, the non-return valve 20 in a preferred embodiment is composed of a cylindrical valve body 21 which defines inside it a through chamber 22 and has a conical shoulder 23. A disk 24 is coaxially inserted inside said chamber 22, provided on the external diameter with means for stabilizing the chamber 22 itself, and having a plurality of air passage holes 25, calibrated and regularly arranged in its external peripheral portion. Said disc 24, moreover, is shaped in such a way as to define in its central part a bush 26 inside which a shutter 27 is slidably inserted. Said shutter 27 has a cylindrical stem 28 with a frusto-conical head 29 which defines a surface conical 29 'cooperating with the conical shoulder 23 of the valve body 21. The ends of said head 29 also define two stops 30 and 30' and, near the stop 30 'with the stem 28, the obturator 27 defines a collar 31 of spacing with the bushing 26 of the disc 24. Between the internal surface of said chamber 22 of the valve body 21, in correspondence with which the obturator 27 slides axially, and the external diameter of the head 29 of the obturator itself there is no contact but one annular space to allow the gas to flow when the conical surface 29 'of said shutter 27 is not in contact with the conical shoulder 23 of said valve body 21.

Con riferimento alle sole figure 6 e 7, è raffigurata una forma di realizzazione alternativa semplificata 10’ del dispositivo oggetto dell’invenzione, dove la valvola di non ritorno 20 pone in collegamento il condotto di scarico 13 con l’ambiente esterno. Detta valvola di non ritorno 20 è stabilmente posta, perpendicolarmente all’interno di un foro di collegamento 12’ posto sul collettore di scarico 35 prolungante il condotto di scarico 14 in uscita dalla camera di combustione 19. With reference only to figures 6 and 7, a simplified alternative embodiment 10 'of the device object of the invention is shown, where the non-return valve 20 connects the exhaust duct 13 with the external environment. Said non-return valve 20 is stably placed, perpendicularly inside a connection hole 12 'placed on the exhaust manifold 35 extending the exhaust duct 14 outgoing from the combustion chamber 19.

Dalla descrizione delle parti costituenti il dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in un motore alternativo a combustione interna oggetto dell’invenzione, si evince il funzionamento dello stesso, di seguito descritto. From the description of the constituent parts of the device for the fluid dynamic improvement of the gases in an alternative internal combustion engine object of the invention, it is possible to understand the operation of the same, described below.

Nella fase di scarico dei gas di combustione, come raffigurata in figura 3, il pistone 15 spinge i gas di scarico all’interno del condotto di scarico 14. Per favorire quest’azione la valvola di scarico 18 può essere aperta in anticipo rispetto al punto morto inferiore del pistone 15, cioè quando è ancora in corso l’espansione. Questo facilita l’espulsione dei gas combusti facendoli espandere verso il condotto di scarico 14, per poi completare l’espulsione degli stessi attraverso la spinta del pistone 15. Quest’azione genera ciclicamente delle onde di pressione dei gas combusti in uscita che creano un flusso a pressione discontinua attraverso il condotto di scarico 14. Dopo il passaggio dell’onda di pressione si genera alle sue spalle una situazione di pressione più bassa, che tende a trattenere i gas combusti all’interno del condotto di scarico 14 stesso. Questa depressione, unita alle resistenze fluidodinamiche e ai fenomeni di risonanza che i gas combusti possono trovare all’interno dell’impianto di scarico, può ostacolare l’espulsione di detti gas in atmosfera attraverso lo scappamento se non addirittura favorirne il ritorno, in direzione inversa, verso la camera di combustione 19 impedendo il corretto svuotamento della stessa al ciclo successivo. In the phase of exhausting the combustion gases, as shown in Figure 3, the piston 15 pushes the exhaust gases into the exhaust duct 14. To facilitate this action, the exhaust valve 18 can be opened in advance of the point lower dead end of piston 15, i.e. when expansion is still in progress. This facilitates the expulsion of the combustion gases by making them expand towards the exhaust duct 14, and then completes the expulsion of the same through the thrust of the piston 15. This action cyclically generates pressure waves of the exhausted gases at the outlet that create a flow at discontinuous pressure through the exhaust duct 14. After the passage of the pressure wave, a lower pressure situation is generated behind it, which tends to retain the burnt gases inside the exhaust duct 14 itself. This depression, combined with the fluid dynamic resistances and the resonance phenomena that the burnt gases can find inside the exhaust system, can hinder the expulsion of said gases into the atmosphere through the exhaust or even favor their return, in the reverse direction. , towards the combustion chamber 19 preventing its correct emptying in the next cycle.

Sempre con riferimento alla figura 3, l’uscita dalla camera di combustione 19 dei gas di scarico nel condotto di scarico 14, conseguenti alla risalita del pistone 15, generano un’onda di pressione che investe il tratto iniziale del condotto di scarico stesso in prossimità della valvola di scarico 18. L’onda di pressione fa espandere i gas combusti anche nel condotto di collegamento 12 in direzione del condotto di aspirazione 13 attraversando i fori 25 posti sul disco 24 della valvola di non ritorno 20. Detti gas combusti spingono l’otturatore 27 sulla battuta 30’ della testa 29 chiudendo la valvola di non ritorno 20 e impedendo agli stessi di passare nel condotto di aspirazione 13. Successivamente alla chiusura della valvola di scarico 18, come rappresentato in figura 4, inizia la fase di aspirazione con la valvola di aspirazione 17 che si apre per richiamare i gas freschi all’interno della camera di combustione 19. L’onda di pressione si sposta nel condotto di scarico 14 generando una depressione alle sue spalle che riduce progressivamente la spinta sulla battuta 30’ dell’otturatore 27 della valvola di non ritorno 20. Quando la pressione nel condotto di scarico 14 è inferiore a quella presente nel condotto di aspirazione 13, la pressione maggiore nel condotto di aspirazione 13 stesso spinge sulla testa 29 dell’otturatore 27 in corrispondenza della battuta 30, facendo traslare l’otturatore 27 stesso in direzione del condotto di scarico 14, permettendo il passaggio di aria nel condotto di scarico 13, attraverso i fori 25 del disco 24, fino a che la pressione tra i due condotti (13, 14) non sarà equilibrata. Again with reference to Figure 3, the exit from the combustion chamber 19 of the exhaust gases into the exhaust duct 14, consequent to the rising of the piston 15, generate a pressure wave which strikes the initial section of the exhaust duct itself in proximity of the discharge valve 18. The pressure wave causes the burned gases to expand also in the connection pipe 12 in the direction of the intake pipe 13 through the holes 25 located on the disc 24 of the non-return valve 20. Said burned gases push the obturator 27 on the stop 30 'of the head 29, closing the non-return valve 20 and preventing them from passing into the intake duct 13. After closing the discharge valve 18, as shown in figure 4, the intake phase begins with the intake valve 17 which opens to recall the fresh gases inside the combustion chamber 19. The pressure wave moves into the exhaust pipe 14 generating a depression behind it which progressively reduces the thrust on the stop 30 'of the obturator 27 of the non-return valve 20. When the pressure in the exhaust duct 14 is lower than that present in the intake duct 13, the higher pressure in the intake duct 13 itself pushes on the head 29 of the obturator 27 at the stop 30, causing the obturator 27 itself to translate in the direction of the exhaust duct 14, allowing the passage of air into the exhaust duct 13, through the holes 25 of the disc 24, until the pressure between the two pipes (13, 14) is balanced.

Nel caso di motori sovralimentati, come raffigurato in figura 5, si avrà una pressione costante nel condotto di aspirazione 13. Quando la valvola di aspirazione 17 è chiusa, durante le fasi di compressione e combustione/espansione, la pressione esercitata dal flusso aria compressa spinge sull’otturatore 27 della valvola di non ritorno 20 in maniera antagonista alla pressione dei gas combusti, consentendo alla pressione di scaricarsi generando un flusso verso il condotto di scarico 14. All’apertura della valvola di aspirazione 17, la maggiore sezione della luce di aspirazione e il richiamo di aria dirottano il flusso già sviluppato, e quindi non in quiete, all’interno della camera di combustione 19, diminuendo la pressione di quest’ultimo sull’otturatore 27 della valvola di non ritorno 20 che si chiude se la spinta dei gas di scarico è superiore. La portata di flusso che passa attraverso i fori 25 del disco 24 della valvola di non ritorno 20 è determinata dal numero e dalla sezione calibrata dei fori 25 stessi. In the case of supercharged engines, as shown in figure 5, there will be a constant pressure in the intake duct 13. When the intake valve 17 is closed, during the compression and combustion / expansion phases, the pressure exerted by the compressed air flow pushes on the obturator 27 of the non-return valve 20 in an antagonistic manner to the pressure of the flue gases, allowing the pressure to discharge, generating a flow towards the exhaust duct 14. Upon opening the intake valve 17, the greater section of the intake port and the return of air divert the flow already developed, and therefore not at rest, inside the combustion chamber 19, decreasing the pressure of the latter on the obturator 27 of the non-return valve 20 which closes if the thrust of the exhaust gas is higher. The flow rate that passes through the holes 25 of the disc 24 of the non-return valve 20 is determined by the number and the calibrated section of the holes 25 themselves.

In una forma variata della valvola di non ritorno 20, facendo sempre riferimento alla figura 5, l’otturatore 27 è tenuto, in cooperazione con lo spallamento conico 23 del corpo 21, in posizione chiusa da una molla o da un analogo mezzo elastico non raffigurati che agisce sul disco 24 e sulla battuta 30’ dell’otturatore stesso. La calibrazione della molla consente altresì l’apertura dell’otturatore 27 solo a una determinata pressione di sovralimentazione, permettendo al flusso di aria di passare attraverso la valvola 20 solo quando la valvola di aspirazione 17 è chiusa. In una forma di realizzazione semplificata del dispositivo, indicata con 10’ e rappresentata alle figure 6 e 7, la valvola di non ritorno 20 è stabilmente disposta in un condotto di collegamento 12’, disposto su un collettore di scarico 35 all’interno del quale è prolungato il condotto di scarico 14, e che collega lo stesso condotto di scarico con l’ambiente esterno. In a modified form of the non-return valve 20, always referring to Figure 5, the obturator 27 is held, in cooperation with the conical shoulder 23 of the body 21, in a closed position by a spring or by an analogous elastic means not shown which acts on the disc 24 and on the stop 30 'of the shutter itself. The calibration of the spring also allows the opening of the shutter 27 only at a certain boost pressure, allowing the flow of air to pass through the valve 20 only when the intake valve 17 is closed. In a simplified embodiment of the device, indicated with 10 'and represented in Figures 6 and 7, the non-return valve 20 is stably arranged in a connection duct 12', arranged on an exhaust manifold 35 inside which the exhaust duct 14 is extended, and which connects the same exhaust duct with the external environment.

Al passaggio dell’onda di pressione, con riferimento alla figura 6, la pressione dei gas di scarico chiude la valvola agendo sull’otturatore 27 spingendo la sua superficie conica 29’ contro lo spallamento conico 23 del corpo valvola 21. Quando l’onda di pressione supera il condotto di collegamento 12’ della valvola di non ritorno 20, generando una depressione rispetto all’ambiente esterno, la pressione atmosferica agisce sulla battuta 30 dell’otturatore 27consentendo il passaggio di aria all’interno del condotto di collegamento 12’, e quindi nel condotto di scarico 14, riequilibrando la pressione come raffigurato in figura 7. When the pressure wave passes, with reference to Figure 6, the pressure of the exhaust gas closes the valve by acting on the shutter 27 pushing its conical surface 29 'against the conical shoulder 23 of the valve body 21. When the pressure wave pressure exceeds the connection duct 12 'of the non-return valve 20, generating a depression with respect to the external environment, the atmospheric pressure acts on the stop 30 of the obturator 27 allowing the passage of air inside the connection duct 12', and then in the exhaust duct 14, rebalancing the pressure as shown in figure 7.

Come si evince dalla descrizione, il funzionamento del dispositivo per il miglioramento fluidodinamico dei gas in un motore alternativo a combustione interna 10, 10’ risulta particolarmente vantaggioso, rispetto alle applicazioni tradizionali, poiché permette di ottenere una migliorata efficienza e regolarità dei flussi di gas. Esso, evita eventuali ritorni di gas combusti all’interno della camera di combustione 19 che impediscono il corretto svuotamento, e di conseguenza, il successivo riempimento della camera di combustione 19 stessa al ciclo successivo, caratteristica che conferisce al motore anche una minore rumorosità acustica di funzionamento. As can be seen from the description, the operation of the device for the fluid dynamic improvement of the gases in an alternative internal combustion engine 10, 10 'is particularly advantageous, compared to traditional applications, since it allows to obtain an improved efficiency and regularity of the gas flows. It avoids possible backflows of burnt gases inside the combustion chamber 19 which prevent the correct emptying, and consequently, the subsequent filling of the combustion chamber 19 itself in the next cycle, a characteristic which also gives the engine a lower acoustic noise. operation.

Il dispositivo 10 della forma di applicazione principale, risulta inoltre particolarmente vantaggioso poiché consente di avere all’apertura della valvola di aspirazione un flusso di aria in movimento e non in quiete, quindi dotato di energia cinetica che favorisce il riempimento della camera di combustione 19. The device 10 of the main form of application is also particularly advantageous since it allows a flow of moving air to be obtained when the intake valve is opened and not at rest, therefore equipped with kinetic energy which favors the filling of the combustion chamber 19.

Il dispositivo 10, 10’ nelle sue due forme di realizzazione, risulta anche ulteriormente vantaggioso poiché consente di avere un miglioramento dei rendimenti e delle prestazioni generali di un motore alternativo a combustione interna con bassi costi di realizzazione potendo, inoltre, essere facilmente integrato anche su applicazioni esistenti. The device 10, 10 'in its two embodiments is also further advantageous since it allows to have an improvement in the efficiency and general performance of an alternative internal combustion engine with low manufacturing costs since it can also be easily integrated on existing applications.

Benché l’invenzione sia stata sopra descritta con particolare riferimento a due forme di realizzazione, date a scopo esemplificativo e non limitativo, numerose modifiche e varianti appariranno evidenti a un esperto del ramo alla luce della descrizione sopra riportata. Although the invention has been described above with particular reference to two embodiments, given by way of example and not of limitation, numerous modifications and variations will appear evident to an expert in the art in the light of the above description.

La presente invenzione, pertanto, intende abbracciare tutte le modifiche e le varianti che rientrano nello spirito e nell’ambito protettivo delle rivendicazioni che seguono. The present invention, therefore, intends to embrace all the modifications and variations that fall within the spirit and protective scope of the following claims.

Claims

Claims 1. A device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine (10,10 '), comprising: - at least one cylinder body (11) of a reciprocating internal combustion engine defining an intake duct (13), an exhaust duct (14) and relative housings for at least one spark plug and fuel injection means, - at least one intake valve (17) and one exhaust valve (18) controlled by a distribution system, - a piston (15) slidably inserted and defining with said cylinder body (11) a combustion chamber (19) and kinematically connected a crank mechanism (16), characterized in that said cylinder body (11) has in correspondence with said exhaust (14) a non-return valve (20) for direct connection between the same exhaust duct (14) and the intake duct (13) or the external environment.

2. The device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine (10) according to claim 1, characterized in that said cylinder body has a connection duct (12) joining the intake duct (13) with the exhaust pipe (14) and that the non-return valve (20) is stably inserted in said connection pipe (12).

3. The device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine (10 ') according to claim 1, characterized in that said cylinder body (11) has an exhaust manifold (35) defining a connection duct ( 12 ') joining perpendicularly the discharge duct (13) with the external environment and that the non-return valve (20) is stably inserted in said connection duct (12').

4. The device for the fluid dynamic improvement of the gases in an internal combustion reciprocating engine (10, 10 ') according to claim 1, characterized by the fact that said non-return valve (20) comprises: - a valve body (21) of cylindrical tubular shape defining an internal chamber (22) having a conical shoulder (23), - a disc (24) of circular discoidal shape disc coaxially and stably arranged inside said chamber (22) and having a plurality of passage holes (25) circularly arranged in the outer peripheral portion of said disc (24), and shaped in its central part so as to define a cylindrical bushing (26); - a shutter (27) slidably disposed in said chamber (22) and having a cylindrical stem (28) slidably disposed in said bush (26) with a head (29) having a truncated cone shape and a larger diameter smaller than said chamber (22) and defining a conical surface (29 ') cooperating with the conical shoulder (23) of the valve body (21) and with two stops 30 and 30' delimiting said head (29) along the longitudinal axis of said valve (20 ).

5. The device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine (10, 10 ') according to claim 4, characterized in that said non-return valve (20) comprises means for moving the shutter (27) with the conical surface (29 ') in contact and in cooperation with the conical shoulder (23) of the valve body (21).

6. The device for the fluid dynamic improvement of the gases in a reciprocating internal combustion engine (10, 10 ') according to claim 5, characterized in that said shutter movement means (27) consist of a spiral spring or equivalents.

7. The device for the fluid dynamic improvement of the gases in an internal combustion reciprocating engine (10, 10 ') according to claim 1, characterized by the fact that it can be integrated into two and four stroke reciprocating internal combustion engines.