ITMI20140138U1 - Motore a combustione interna migliorato - Google Patents

Description

Descrizione

Campo dell’innovazione

[1] La presente innovazione riguarda un motore a combustione interna migliorato.

In particolare, la presente innovazione si riferisce a un motore a combustione interna del tipo comprendente un albero motore trascinato in rotazione da un pistone mobile con moto alternato in una sede ricavata all'interno di un monoblocco.

Sono naturalmente previsti idonei mezzi di trasmissione in grado di convertire il moto traslatorio alternato del pistone in moto rotatorio dell’albero motore.

Come intuibile, una tale tipologia di motori può essere utilizzata in modalità sia quattro tempi, sia due tempi a seconda della presenza e del comando di valvole o luci di ingresso e scarico di carburante.

Stato della tecnica

[2] Secondo una realizzazione molto comune, i mezzi di trasmissione installati nella suddetta tipologia di motori a pistone scorrevole comprendono inferiormente al pistone uno stelo, chiamato biella, collegato all'albero motore, che trasforma il moto traslatorio del pistone in moto rotatorio.

Nella suddetta descrizione non verranno considerati i motori di tipo Wankel poiché sprovvisti di un pistone scorrevole in moto alternato in una sede cilindrica. Svantaggiosamente, i motori oggi noti del tipo provvisti di un pistone scorrevole e di una biella di trasmissione presentano alcuni inconvenienti.

Per esempio, tali motori noti da un lato sono soggetti a una rapida usura, per via della lunghezza della corsa lineare del pistone, e da un altro lato provocano vibrazioni spesso difficilmente bilanciabili. Inoltre, il movimento della biella produce attriti e conseguentemente riscaldamento e perdita di potenza. Infine, spesso tali motori presentano perdite allo scarico non trascurabili.

Uno scopo della presente innovazione è quello di realizzare un motore a combustione interna migliorato in grado di risolvere gli inconvenienti sopra citati della tecnica nota in una maniera estremamente semplice, economica e particolarmente funzionale.

Altro scopo è quello di realizzare un motore a combustione interna migliorato leggero, quindi facilmente bilanciabile, che sia soggetto a vibrazioni praticamente nulle o comunque assai ridotte, e che presenti perdite allo scarico ridotte.

Sommario dell’innovazione

[3] Questi scopi, secondo la presente innovazione, vengono raggiunti realizzando un motore a combustione interna migliorato come esposto nella rivendicazione 1. Ulteriori caratteristiche dell’innovazione sono evidenziate dalle rivendicazioni dipendenti.

Le caratteristiche e i vantaggi di un motore a combustione interna migliorato secondo la presente innovazione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati.

Elenco delle Figure

Figura 1 è una vista schematica, in sezione secondo un piano ideale perpendicolare all'asse di rotazione dell'albero motore, di un motore a combustione interna migliorato secondo una forma di realizzazione particolare della presente innovazione;

Figura 2 mostra una vista prospettica del monoblocco del motore di Figura 1;

Figura 3 mostra una vista frontale del pistone del motore di Figura 1;

Figura 4 mostra una vista laterale, in sezione secondo il piano IV-IV, del pistone di Figura 3;

le Figure 5-8 mostrano, in sezione secondo un piano ideale perpendicolare all'asse di rotazione dell'albero motore, alcune fasi di funzionamento del motore di Figura 1, dove:

-le Figure 5 e 8 mostrano rispettivamente le fasi di punto morto superiore e inferiore;

-le Figure 6 e 7 mostrano rispettivamente le due fasi di massima coppia istantanea, intermedie ai punti morti inferiore e superiore;

Figura 9 mostra una vista prospettica della piastra frontale che chiude lateralmente la camera di scoppio e la sede del monoblocco di Figura 2, nella quale scorre il pistone di Figura 3;

-le Figure 10 e 11 mostrano rispettivamente una vista assiale e una vista laterale dell'elemento a pattino del motore di Figura 1;

-le Figure 12 e 13 mostrano rispettivamente una vista laterale e una vista prospettica dell'albero motore del motore di Figura 1;

-Figura 14 mostra una vista prospettica in esploso del pistone di Figura 3 e dei relativi segmenti di tenuta; - Figure 15 e 16 mostrano viste dell'elemento a pattino del motore secondo la presente innovazione.

Descrizione dettagliata

[4] Con riferimento alle figure allegate, viene indicato con 10 un esempio realizzativo di un motore a combustione interna migliorato secondo la presente innovazione.

Tale motore a combustione interna 10 è del tipo comprendente un albero motore 11 trascinato in rotazione da un pistone 12 a sua volta scorrevole in modo traslatorio alternato in una sede 13 ricavata all'interno di un monoblocco 14.

Le fasi di scorrimento alternato del pistone 12 e quelle relative di alimentazione e scarico del carburante, sia per i motori a quattro tempi, sia per quelli a due tempi, sono di per sé note e quindi non verranno dettagliate nella presente descrizione.

[5] In particolare, secondo la presente innovazione, i mezzi di trasmissione del moto dal pistone 12 all’albero motore 11 per consentire la trasformazione del moto da traslatorio alternato, moto del pistone 12, a moto rotatorio, moto dell’albero motore 11, comprendono un elemento a pattino 15 da un lato vincolato in modo eccentrico all’albero motore 11, e da un altro lato scorrevole in una asola 16 sostanzialmente trasversale alla direzione del moto del pistone 12. Sempre secondo l'innovazione, i mezzi di trasmissione del moto comprendono un elemento a pattino 15 scorrevole in una asola 16 sostanzialmente trasversale alla direzione del moto alternato di detto pistone 12, e sull'elemento a pattino sono presenti due facce di scorrimento 150, 152 sostanzialmente piane predisposte per appoggiarsi contro e scorrere su un rispettivo lato longitudinale dell'asola 16 (Figure 10, 11);

-l'asola 16 é ricavata direttamente in detto pistone (12);

- l'albero motore 11 é predisposto per ruotare su se stesso attorno a un asse di rotazione A1 fisso rispetto al monoblocco 14 ed é impegnato con l'elemento a pattino 15 in modo eccentrico in modo da formare sostanzialmente una manovella;

- l'albero motore 11 si impegna con l'elemento a pattino 15 in corrispondenza di un primo tratto di accoppiamento T1 dell'albero motore stesso ed é fissato al monoblocco 14 in corrispondenza di almeno un secondo tratto di accoppiamento T2, e il diametro massimo del primo tratto di accoppiamento T1 é sostanzialmente non superiore al diametro massimo del secondo tratto di accoppiamento T2 (Figura 12).

In particolare, secondo l’innovazione, per ridurre gli attriti l’elemento 15 a pattino è dotato di elementi a rullo 200 lungo almeno una delle superfici di contatto con tratto di accoppiamento T1 dell'albero motore e con l’asola 16.

In figura 15 questi rulli 200 sono disposti lungo la circonferenza interna del foro 202 dell’elemento a pattino 15.

In figura 15 i rulli 200 sono invece disposti lungo le facce di scorrimento 150, 152 dell’elemento a pattino 15.

[6] In corrispondenza del secondo tratto T2, l'albero motore 11 può essere fissato al monoblocco 14 per esempio tramite i cuscinetti 22, per esempio cuscinetti a rotolamento. Preferibilmente il diametro medio del primo tratto di accoppiamento T1 é sostanzialmente non superiore al diametro medio del secondo tratto di accoppiamento T2.

Grazie a tali rapporti dimensionali tra il primo T1 e il secondo tratto di accoppiamento T2 é possibile realizzare manovelle con notevoli bracci di leva senza eccessivi attriti tra albero 11 ed elemento a pattino 15, e senza aumentare eccessivamente le dimensioni dell'elemento a pattino 15, riducendo così le vibrazioni del motore. Inoltre, poiché ha una superficie laterale più piccola, il primo tratto T1 dell'albero motore 11 richiede una portata minore di lubrificante. L'asola 16 é trasversale alla direzione del moto del pistone 12 in modo da formare rispetto a essa un angolo acuto preferibilmente compreso tra 45° e 90°, e più preferibilmente compreso tra 60° e 90°. Più preferibilmente ancora l'asola 16 é sostanzialmente ortogonale alla direzione del moto del pistone 12, in modo da ottimizzare l'efficienza della trasmissione meccanica.

[7] Preferibilmente ciascuna delle due facce di scorrimento 150, 152 ha un'area pari o superiore a 0,2 volte l'area della testa del relativo pistone 12, in modo da distribuire le pressioni di contatto che il pattino 15 e l'asola 16 si scambiano su una superficie più ampia, per esempio rispetto alla generatrice di un cilindro come nel motore descritto nel documento DE3039536A1, e riducendo quindi l'usura. Più preferibilmente l'area di ciascuna delle due facce di scorrimento 150, 152 é pari o superiore a 0,4 volte l'area della testa del relativo pistone 12. Preferibilmente ciascuna delle due facce di scorrimento 150, 152 ha un'area pari o inferiore a 0,9 volte l'area della testa del relativo pistone 12.

Come visibile nelle figure, l’asola 16 è ricavata direttamente nel pistone 12.

[8] Secondo una realizzazione preferenziale, il motore 10 può comprendere elementi a rullo associati all’asola 16 di aiuto allo scorrimento per l’elemento a pattino 15.

Inoltre, secondo la presente innovazione, sia il pistone 12, sia la sede 16 di scorrimento dello stesso possono presentare sezioni trasversali, secondo un piano ortogonale alla direzione del moto alternato del pistone 12, di forma a parallelogrammo del tipo rettangolare o quadrata; tali forme consentono in generale di ridurre gli ingombri del motore e di far si che le facce interne dell'asola 16, sui cui scorre l'elemento a cuscinetto 15, abbiano larghezza sostanzialmente -o comunque assai- costante, riducendo anche l'usura dell'asola 16 stessa e dell'elemento a cuscinetto 15.

[9] Vantaggiosamente, per limitare i trafilamenti dei gas dalla camera di scoppio, il motore 10 é provvisto di uno o più segmenti di tenuta 122 aventi preferibilmente sezioni trasversali sostanzialmente a T (Figura 14). L'assieme dei segmenti di tenuta 122 é disposto sui fianchi del pistone 12 in modo da circondare sostanzialmente il perimetro di una sezione trasversale del pistone stesso; a tale scopo i segmenti di tenuta 122 possono essere per esempio quattro. Come mostrato in Figura 14, ciascun segmento di tenuta 122 può avere, per esempio, asse sostanzialmente rettilineo. Ciascun segmento di tenuta forma preferibilmente:

-una superficie di strisciamento 124 rivolta verso le pareti dei fianchi della sede 13 e predisposta per scorrere lungo tali pareti; e

-una nervatura di fissaggio 126 estendentesi longitudinalmente al relativo segmento 122 e inserita in una relativa gola perimetrale 128 ricavata nel pistone 12 stesso. Le estremità di ciascun segmento di tenuta terminano preferibilmente con un bordo inclinato, per esempio a circa 45°. I segmenti di tenuta 122 vengono spinti contro le pareti della sede 13 dalla pressione dei gas di scoppio che si espandono nella camera di scoppio.

[10] Preferibilmente il pistone 12 é internamente cavo, e a tale scopo nella sua parte superiore possono essere ricavati due vani 120A, 120B aventi ciascuno forma approssimativamente a parallelepipedo (Figure 3, 14). Nel caso in cui il motore della presente innovazione sia utilizzato in regimi a due tempi, il monoblocco 14 può comprendere due travasi 17, 18 rispettivamente di carico e di scarico per un carburante.

[11] In tal caso, preferibilmente, i travasi 17, 18 durante la corsa del pistone 12 pongono in comunicazione la sede 13 con luci di aspirazione e scarico 19, 20 del carburante rispetto al monoblocco 14 ricavate su una piastra frontale 21 del monoblocco 14. Per minimizzare gli scarti allo scarico e garantire un rapido inserimento del carburante nella sede 13, il pistone 12 può comprendere una base a sezione ristretta 23 rispetto alla testa proprio in corrispondenza dell’imbocco inferiore dei travasi 17, 18 rispetto alla sede 13.

Infine, il monoblocco 14 può comprendere alette 24 laterali di dispersione del calore e l’asola 16 può essere frontalmente chiusa a realizzare un ambiente separato chiuso, provvisto di materiale lubrificato per ridurre l’attrito fra l’elemento a pattino 15 e l’asola 16, rispetto a quello interessato dal carburante (Figure 4, 12).

[12] A tale scopo, all'interno dell'albero motore 11 sono ricavati uno o più canali di lubrificazione 110 predisposti per portare olio o altro opportuno fluido lubrificante almeno al primo tratto di accoppiamento T1 (Figura 12). Preferibilmente i canali 110 sboccano sui fianchi, ovvero sulla superficie laterale, del primo tratto di accoppiamento T1, attraverso una o più bocche di lubrificazione (non mostrate) predisposte per bagnare con olio o altro lubrificante almeno i fianchi del primo tratto di accoppiamento T1. Vantaggiosamente il canale o i canali 110 sono predisposti per bagnare con olio o altro lubrificante anche i fianchi del secondo tratto di accoppiamento T2.

Gli uno o più canali di lubrificazione 110 sono vantaggiosamente alimentati da una pompa 26.

Vantaggiosamente l'elemento a pattino 15 si estende attorno all'intero perimetro delle sezioni trasversali di almeno un tratto dei fianchi del primo tratto di accoppiamento T1, in modo da migliorare la lubrificazione del tratto T1; più preferibilmente l'elemento a pattino 15 si estende attorno all'intera superficie dei fianchi del primo tratto di accoppiamento T1.

[13] Preferibilmente l'elemento a pattino 15 é formato da un unico pezzo di un opportuno materiale, per esempio una opportuna lega metallica, e pertanto risulta più robusto, e quindi più idoneo a trasmettere le notevoli forze trasmesse dal pistone 12. Inoltre, circondando completamente, o comunque la maggior parte, i fianchi del primo tratto di accoppiamento T1, il pattino 15 può essere lubrificato più facilmente ed efficacemente, per esempio tramite circolazione forzata di lubrificante. Se frontalmente chiusa, l’asola 16 raccoglie e contiene maggiormente l'olio o altro lubrificante, trattenendolo più a lungo attorno al pattino 15.

[14] Viene ora descritto il funzionamento del motore a combustione interna migliorato 10.

Come descritto in precedenza, i mezzi di trasmissione del moto dal pistone 12 all’albero motore 11 comprendono un elemento a pattino 15 da un lato vincolato in modo eccentrico all’albero motore 11 e da un altro lato scorrevole in una asola 16 sostanzialmente ortogonale, o comunque trasversale, alla direzione del moto alternato del pistone 12.

Per effetto di tale accoppiamento, durante il moto alterno del pistone 12, il pattino scorre lungo l’asola 16 ponendo in rotazione l’albero sul quale è montato eccentrico.

[15] In tal modo, in assenza di bielle, l’ingombro del motore e il suo peso risultano estremamente contenuti, riducendo tutte le problematiche relative al bilanciamento del motore e al suo assemblaggio. Analizzando le figure 5 e 8, è possibile notare gli spostamenti del pattino 15 durante la corsa del pistone 12 e come il pistone 12 stesso provveda ciclicamente a liberare od occludere gli imbocchi dei travasi del carburante 17 e 18 rispetto alla sede 13 del monoblocco 14.

Si è così visto che un motore a combustione interna migliorato secondo la presente innovazione realizza gli scopi in precedenza evidenziati.

Infatti, il motore a combustione interna migliorato della presente innovazione è efficiente, leggero, facilmente bilanciabile, soggetto a vibrazioni praticamente nulle e sostanzialmente presenta perdite allo scarico ridotte.

[16] Grazie ai precedenti insegnamenti, anche il numero dei componenti del motore 10 può essere estremamente ridotto e la costruzione meccanica semplificata, riducendo corrispondentemente i costi di produzione. In particolare, un motore secondo l'innovazione può essere privo delle bielle e degli spinotti che compongono gran parte dei tradizionali motori a scoppio, specialmente se di cilindrate medie o elevate. Il sistema di lubrificazione precedentemente descritto permette di ridurre notevolmente l'usura dell'elemento a pattino 15 e dell'asola 16, aumentando notevolmente la vita operativa del motore 10 e contribuendo a rendere possibile la riduzione del numero dei componenti. La notevole riduzione delle masse in movimento, in particolare delle bielle, permette a sua volta di aumentare il massimo numero di giri del motore e riduce notevolmente i problemi di equilibratura delle masse rotanti o dovuti ai loro eventuali squilibri. La notevole riduzione dei componenti -in particolare delle bielle- e l'utilizzo ottimale degli spazi al suo interno contribuisce anche a raggiungere elevate potenze specifiche: grazie ai precedenti insegnamenti é stato infatti possibile realizzare motori secondo l'innovazione aventi potenze specifiche indicativamente di 150 CV/lC, dove per CV/lC si intendono i cavalli per ciascun litro di cilindrata.

[17] Un motore migliorato secondo l'innovazione si presta a essere realizzato con cilindrate molto variabili ed essere utilizzato per azionare per esempio motoseghe, imbarcazioni o autoveicoli; può essere realizzato sia in versione monocilindrica, come quella precedentemente descritta, sia a più cilindri; in quest'ultimo caso i cilindri possono essere per esempio in linea e i relativi pistoni 12 collegati da un unico albero a gomiti.

Il sistema di lubrificazione precedentemente descritto permette, inoltre, la stessa adozione di elementi a pattino 15 di forma sostanzialmente a parallelepipedo, o comunque che scorrono con superfici di contatto 150, 152 piane e relativamente estese con l'asola 16, scaricando su superfici relativamente ampie le notevoli forze trasmesse dal pistone 12.

[18] Il motore a combustione interna migliorato della presente innovazione così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel medesimo concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica, i materiali utilizzati, nonché le loro dimensioni, potranno essere di qualsiasi tipo a seconda delle esigenze tecniche. Si deve intendere che un'espressione del tipo "A comprende B, C, D" oppure "A é formato da B, C, D" comprenda e descriva anche il caso particolare in cui "A é costituito da B, C, D". Gli esempi ed elenchi di possibili varianti della presente domanda sono da intendersi come elenchi non esaustivi.

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1) Motore a combustione interna (10) comprendente: -un monoblocco (14); -un pistone (12); -un albero motore (11) trascinato in rotazione dal pistone (12) scorrevole in modo traslatorio alternato in una sede (13) ricavata all'interno del monoblocco (14) in modo da delimitare una camera di scoppio; -mezzi di trasmissione del moto da detto pistone (12) a detto albero motore (11) per la trasformazione del moto traslatorio alternato di detto pistone (12) in moto rotatorio di detto albero motore (11); - detti mezzi di trasmissione del moto comprendendo un elemento a pattino (15) scorrevole in una asola (16) sostanzialmente trasversale alla direzione del moto alternato di detto pistone (12), e sull'elemento a pattino (15) sono presenti due facce di scorrimento sostanzialmente piane predisposte per appoggiarsi e scorrere su un rispettivo lato longitudinale dell'asola (16); - l'asola (16) é ricavata direttamente in detto pistone (12); - l'albero motore (11) é predisposto per ruotare su se stesso attorno a un asse di rotazione (A1) fisso rispetto al monoblocco (14) ed é impegnato con l'elemento a pattino (15) in modo eccentrico in modo da formare sostanzialmente una manovella; - l'albero motore (12) si impegna in un foro (201) di detto elemento a pattino (15) in corrispondenza di un primo tratto di accoppiamento (T1) dell'albero motore stesso ed é fissato al monoblocco (14) in modo da poter ruotare su se stesso in corrispondenza di almeno un secondo tratto di accoppiamento (T2); detta asola (16) essendo chiusa frontalmente a realizzare un ambiente chiuso rispetto a detto carburante provvisto di materiale lubrificate per ridurre l’attrito fra elemento a pattino (15) e detta asola (16); - detto elemento (15) a pattino essendo dotato di elementi a rullo (200) lungo almeno una delle superfici di contatto con detto tratto di accoppiamento (T1) dell'albero motore e/o con detta asola (16).
2. 2) Motore a combustione interna (10) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti rulli (200) sono disposti lungo la circonferenza di detto foro (202) di detto elemento a pattino (15).
3. 3) Motore a combustione interna (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che l'elemento a pattino (15) forma due facce di scorrimento (150, 152) sostanzialmente piane e predisposte per appoggiarsi contro e scorrere lungo l'asola (16), detti rulli (200) sono disposti lungo le facce di scorrimento (150, 152) di detto elemento a pattino (15).
4. 4) Motore a combustione interna (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente caratterizzato dal fatto che l'asola (16) é sostanzialmente ortogonale alla direzione del moto alternato di detto pistone (12).
5. 5) Motore a combustione interna (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che l'elemento a pattino (15) é fissato all'albero motore (11) sostanzialmente senza che tra i due siano interposte bielle di collegamento.
6. 6) Motore a combustione interna (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente,caratterizzato dal fatto che l'albero motore (11) é provvisto di uno o più canali di lubrificazione (110) predisposti per portare olio o altro opportuno fluido lubrificante almeno al primo tratto di accoppiamento (T1), o comunque nella luce tra il primo tratto di accoppiamento (T1) e l'elemento a pattino (15).
7. 7) Motore a combustione interna (10) secondo una qualsiasi rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che l'albero motore (11) é provvisto di uno o più canali di lubrificazione (110) predisposti per bagnare con olio o altro opportuno fluido lubrificante i fianchi del primo tratto di accoppiamento (T1), o comunque per riempire con olio o altro opportuno fluido lubrificante la luce tra il primo tratto di accoppiamento (T1) e l'elemento a pattino (15).