ITMI941996A1 - Procedimento e apparecchiatura per provare motori a combustione - Google Patents

Abstract

Sono descritti procedimenti e apparecchiature per provare un motore a combustione interna avente uno o più cilindri ciascuno dei quali ha un pistone mobile di moto alternativo che definisce una camera di combustione a volume variabile in comunicazione con luci di aspirazione e scarico che sono aperte e chiuse mediante valvole di aspirazione e scarico rispettivamente. La camera di combustione di ciascun cilindro è o evacuata o pressurizzata, in dipendenza dalle prove che devono essere eseguite, mentre il pistone associato è spostato di moto alternativo. L'apertura e la chiusura delle valvole in unione con lo spostamento alternativo del pistone associato fa sì che siano generati impulsi di pressione che siano rilevati e analizzati.

Description

DESCRIZIONE dell’Invenzione industriale avente per titolo:

«PROCEDIMENTO E APPARECCHIATURA PER PROVARE MO-TORI A COMBUSTIONE INTERNA»

La presente invenzione riguarda procedimenti e apparecchiature per provare motori a combustione interna e, più particolarmente, per provare un motore a combustione interna avente almeno un cilindro entro il quale vi è un pistone mobile di moto alternativo che è dotato di valvole di aspirazione e scarico.

E' convenzionale provare motori a combustione interna per automobili o altri o facendo funzionare il motore alla sua propria potenza o collegando l'albero a gomiti del motore a un motore elettrico o altro motore di azionamento consentente di azionare le parti ruotanti e mobili di moto alternativo del motore a combustione interna sotto prova.

La prova di un motore che è fatto funzionare alla sua potenza nominale richiede l'impiego di un certo meccanismo, come un dinamometro, per applicare carichi al motore. Il dinamometro è convenzionalmente o un generatore C.A. (di al-ternata) o un generatore C.C. (di continua) o un freno di Prony. La necessità di impiegare un dinamometro fa aumentare il costo e il tempo richiesti per provare il motore.

La prova di un motore mentre esso è fatto funzionare alla sua potenza nominale, consente di eseguire una pluralità di prove, come la prova della potenza di uscita in cavalli, il consumo di combustibile, emissioni di scarico e simili. Tuttavia, il funzionamento di un motore a combustione interna alla sua potenza nominale richiede che siano previsti mezzi per alimentare combustibile, refrigerante, lubrificante, e che sia inoltre prevista una apparecchiatura di abbattimento dei rumori. In aggiunta, il funzionamento di un motore a combustione interna alla sua potenza nominale richiede che siano previsti complessi sistemi o impianti di ventilazione per trattare gli scarichi del motore.

Benché la prova o il collaudo di un motore a combustione interna operante alla sua potenza nominale consenta di eseguire molte buone e desiderabili prove, le prove di integrità che possono essere imposte sul treno di valvole, sull'albero a camme, sull'albero a gomiti, sul monoblocco del motore e sulla sua testata sono limitate a causa della tendenza del motore a entrare in stallo quando il carico sul motore viene aumentato oltre il livello che il motore può trattare. In aggiunta, alcuni difetti, come valvole guaste e fasce elastiche guaste, non sono sempre rivelabili durante il funzionamento del motore a velocità di funzionamento relativamente basse, a meno che tali difetti non abbiano proporzioni sostanziali.

L'azionamento di un motore a combustione interna tramite mezzi diversi per effetto della sua propria potenza nominale è noto come "motoring" o trascinamento del motore a combustione interna. Il trascinamento di un motore a combustione interna non consente di eseguire prove come la potenza di uscita in cavalli, il consumo di combustibile, le emissioni di scarico e simili, ma una gran quantità di altre prove possono essere eseguite mediante trascinamento di tale motore. Il trascinamento del motore elimina pure la necessità di avere sistemi di immagazzinamento e erogazione di combustibile, e elimina anche la necessità di avere sistemi di ventilazione degli scarichi.

Un motore a combustione interna può essere provato, secondo l'invenzione, trascinando il motore a combustione interna tramite un motore elettrico o altro motore accoppiato all'albero di trasmissione del motore a combustione interna sotto prova. Quando il motore a combustione interna viene trascinato, i cilindri possono selettivamente essere mantenuti in una condizione evacuata o pressurizzata, consentendo cosi di eseguire molte soddisfacenti o buone prove che non possono essere eseguite quando il motore è fatto funzionare per effetto della sua propria potenza. Ad esempio, il flusso di gas di scarico dalla luce di scarico di ciaecun cilindro può essere limitato o completamente impedito mediante un elemento di strozzamento a valle della luce di scarico, consentendo cosi a uno o più sensori di pressione di sorvegliare il segnale di forma d'onda di pressione creato da aria intrappolata tra la luce di scarico e l'elemento di strozzamento. Ciò consente, tra le altre cose, di rivelare perdite delle valvole a basse velocità di trascinamento del motore a combustione interna con una sensibilità di pochi cc/min. Viceversa, un motore a combustione interna funzionante alla sua propria potenza richiede flusso non strozzato dei gas di scarico scaricati dalla luce di scarico per consentire la liberazione del gas di scarico. Conseguentemente, un motore operante alla sua propria potenza può tollerare perdite di svariate centinaia di cc/min senza alcuna perdita di prestazioni rivelabile. E' desiderabile rivelare questi piccoli difetti del motore poiché, anche se essi possono non influenzare materialmente le prestazioni mentre il motore è nuovo, essi alla fine ridurranno la vita di servizio del motore.

L'evacuazione di un cilindro non solo consente di eseguire prove delle valvole, ma pure di provare molte altre funzioni. Ad esempio, l'evacuazione o "svuotamento" di un cilindro consente di controllare le prestazioni di compressione del pistone e delle fasce elastiche. Se il vuoto fa si che olio abbia ad essere aspirato dal basamento, allora ovviamente la fascia elastica è difettosa.

L'evacuazione del cilindro rende pure superfluo rimuovere la candela di accensione, evitando così l'introduzione accidentale di sostanze estranee del cilindro.

L'evacuazione di un cilindro consente pure l'esecuzione di misurazioni molto più precise dell'attrito del motore rispetto a quelle che sarebbe in caso contrario possibile realizzare. Evacuando il cilindro, la parte di compressione di aria/combustibile del carico di lavoro durante il trascinamento del motore è eliminata. Eliminando questo carico compressivo, la coppia misurata durante il trascinamento del motore è dovuta esclusivamente all'attrito delle parti mobili .

La pressurizzazione di un cilindro elimina la necessità di avere un dinamometro e consente al tempo stesso di ottenere informazione relativa alla integrità e alla durata del blocco cilindri, testata dei cilindri, cuscinetti, bielle, e tutte le altre parti ruotanti e mobili di moto alternativo. La pressurizzazione consente pure di valutare le prestazioni delle fasce elastiche a compressione, come pure la rivelazione di fasce elastiche mancanti o rotte.

Apparecchiatura secondo l'invenzione è particolarmente adatta per provare un motore d'automobile o altro motore a combustione interna avente un pistone mobile di moto alternativo adattato in un cilindro in comunicazione con il quale vi sono una luce d'ingresso, una luce di scarico, e mezzi valvolari per aprire e chiudere rispettivamente queste luci. L'apparecchiatura include mezzi per pressurizzare ed evacuare selettivamente il cilindro e mezzi valvolari o strozzatori variabili per consentire, disabilitare e regolare la portata d'aria nel e fuori dal cilindro attraverso la luce di scarico.

Un procedimento per provare motori a combustione interna secondo la presente invenzione è quello di strozzare o intercettare compietamente il flusso d'aria nel cilindro attraverso la luce di scarico e mantenere una pressione sub-atmosferica nel cilindro durante lo spostamento alternativo del pistone.

Un altro metodo di prova è quello di strozzare o intercettare il flusso d'aria all'esterno del cilindro attraverso la luce di scarico e mantenere il cilindro a pressione sovra-atmosferica durante lo spostamento alternativo del pistone.

In ciascun metodo, l'apertura e la chiusura delle valvole di aspirazione e scarico quando il pistone è spostato di moto alternativo produrrà impulsi o segnali di variazione di pressione che possono essere rivelati e analizzati per ottenere dati riguardanti le prestazioni del motore .

Una forma di realizzazione attualmente preferita dell'invenzione è illustrata nel disegno accluso in cui:

la Figura 1 è una vista schematica di apparecchiatura atta a evacuare e pressurizzare selettivamente i cilindri di un motore a combustione interna; e

la Figura 2 e una vista schematica in sezione di un tipico cilindro di motore a combustione interna a pistone alternativo del genere con cui è adatta ad essere impiegata un'apparecchiatura costruita secondo l'invenzione.

Apparecchiatura costruita secondo la forma di realizzazione preferita dell'invenzione è atta a attuare i procedimenti dell'invenzione, è adattata per l'impiego in unione con un convenzionale motore a combustione interna 1 a quattro tempi avente una pluralità di cilindri, uno dei quali è indicato da 2 in Figura 2, e occupa una posizione entro un monoblocco 3 del motore avente una coppa 4 dell'olio, una camicia 5 per refrigerante ed una testa 6 dei cilindri. Montato in modo da potersi muovere di moto alternativo entro il cilindro 2 vi è un pistone 7 che è distanziato dalla testa 6 per fornire una camera di combustione 8 a volume variabile tra la testa del cilindro ed il pistone, come è convenzionale.

II pistone porta una pluralità di anelli o fasce esterni 9 e ha uno spinotto 10 che è accoppiato mediante una biella 11 ad un albero a gomiti ruotante 12 come è convenzionale.

In comunicazione con la camera 8 vi sono passaggi 13 di aspirazione di fluido e un passaggio 14 d'uscita-scarico. I passaggi hanno luci di aspirazione e scarico che sono aperte e chiuse mediante valvole di aspirazione e scarico 15 e 16, rispettivamente che sono sollecitate alle loro posizioni chiuse mediante molle 17 e 18 ma sono spostabili alle loro posizioni aperte mediante un albero a camme ruotante 19 che agisce su attuatori valvolari 20 e 21. Come è convenzionale, una candela 22 si trova in comunicazione con la camera di combustione 8 per accendere una carica combustibile di aria/combustibile entro il cilindro. Il monoblocco 2 ha convenzionalmente le proprie valvole chiuse da coperchi (non mostrati).

Fissato all'albero a gomiti 12 in corrispondenza di una estremità di esso vi è un volano 25. Quando il motore si trova in un veicolo, l'albero 12 è collegato al cambio. Nella forma di realizzazione illustrata, tuttavia, l'albero 12 è collegato mediante un giunto convenzionale 26 ad un trasduttore 27 di coppia che, a sua volta, è collegato ad un motore di azionamento 28, preferibilmente elettrico, a velocità variabile tramite un altro giunto convenzionale 29. L'estremità opposta dell'albero di trasmissione o azionamento 12 è fissata ad una puleggia 30 e questa puleggia ha contrassegni 31 che consentono di determinare visivamente la posizione angolare dell'albero di trasmissione, com'è convenzionale .

Il motore di azionamento 28 è collegato ad una unità di controllo 32 di azionamento di struttura convenzionale, che può comprendere un noto dispositivo a frequenza variabile o altro dispositivo adatto per controllare la velocità del motore di azionamento.

L unità 32 di controllo della velocità di azionamento è programmata mediante un convenzionaie calcolatore 33. Un convenzionale codificatore o encoder 34 per alberi è collegato all'unità di controllo 32 e al calcolatore 33 per consentire di determinare in ogni momento la posizione angolare dell'albero di trasmissione 12.

Il motore a combustione interna 1 è un convenzionale motore a quattro tempi a V-8, avente un collettore 36 tramite il quale fluido, come aria, può essere erogato attraverso convenzionali passaggi 13 alla luce di aspirazione di ciascuno dei cilindri. Nella forma di realizzazione illustrata, il collettore presenta un ingres so 37 che comunica in modo convenzionale con i passaggi di aspirazione dell'aria del gruppo di cilindri di sinistra, ed un secondo ingresso 38 che comunica in un modo convenzionale con i passaggi di aspirazione dell'aria del gruppo o fila di cilindri di destra. Gli ingressi 37 e 38 sono collegati mediante condotti 39 e 40, rispettivamente, ad una linea o condotto di alimentazione 41 che si estende attraverso una pompa per fluido o per aria reversibile 42 e un filtro 43 all'atmosfera.

La pompa 42 dell'aria è azionata mediante un motore elettrico a velocità variabile o altro motore 44 ed è regolabile per consentire flusso d'aria in una selezionata di due direzioni diverse, come è indicato dalle frecce A e B in Fi— gura 1. La pressione dell'aria nel collettore 36 può essere determinata mediante un trasduttore 45 di pressione di struttura nota che è collegato alla linea di alimentazione 41. 11 trasduttore 45 di pressione è atto, come è comune, a rivelare e a misurare impulsi generati da variazioni di pressione nella linea 41 derivanti dalla apertura e dalla chiusura delle valvole di aspirazione e scarico e dal movimento alternativo del pistone.

La presenza e la quantità di olio lubrificante sono sorvegliate mediante un convenzionale trasduttore di pressione 46 che è collegato al motoro tramite un condotto 47. Il trasduttore 46 funziona nel modo usuale per indicare una alimentazione adeguato o inadeguata di lubrificante.

I passaggi di scarico su un lato di un motore di tipo a V sono convenzionalmente collegati ad un collettore di scarico ed i passaggi di scarico sul lato opposto di questo motore sono collegati a un altro collettore di scarico. Nel provare un motore a combustione interna secondo l'invenzione, tuttavia, e poiché vi è una certa sovrapposizione nella apertura delle valvole di scarico in un motore a quattro tempi e a più cilindri, ciascun collettore di scarico viene rimosso e il passaggio di scarico di ciascun cilindro è collegato mediante il suo proprio condotto ad un elemento di strozzamento variabile o valvola che consente al.flusso di scarico dalla o alla camera di combustione del cilindro associato di essere regolato tra flusso completo, assenza di flusso, e qualsiasi variazione di proporzione selezionata tra essi. Per scopi illustrativi, i passaggi di scarico del gruppo di cilindri di sinistra sono indicati in Figura 1 dai caratteri di riferimento E1-E4 e i passaggi di scarico del gruppo destro di cilindri sono contrassegnati dai caratteri di riferimento E5-E8. I rispettivi passaggi di scarico sono accoppiati mediante condotti C1-C8 ai rispettivi elementi di strozzamento regolabili R1-R8, e tra ciascuna luce di scarico e l'elemento di strozzamento associato vi è un trasduttore di press ione. Questi trasduttori sono indicati dai caratteri di riferimento P1-P8. Ciascuno di questi trasduttori di pressione è uguale ed è azionabile per rilevare in modo ben noto e comune impulsi provocati da variazioni di pressione nei condotti rispettivi .

Se si desidera provare il motore a combustione interna 1 con la camera di combustione di ciascun cilindro evacuata, allora gli elementi di strozzamento R1-R8 possono essere chiusi e la pompa 42 azionata dal motore 44 in senso tale da far si che arra abbia a fluire attraverso la pompa 42 nella direzione della freccia A. Ciò farà si che ciascuna camera di combustione abbia ad essere evacuata e mantenuta ad una pressione che è negativa rispetto alla pressione atmosferica. Se il motore di azionamento 28 è quindi azionato per azionare l'albero a gomiti 12, ciascuno dei pistoni si sposterà di moto alternativo e le rispettive valvole di aspirazione e scarico 15 e 16 associate con ciascun cilindro sa-ranno alternativamente aperte e chiuse, come à convenzionale.

Ogni qualvolta una valvola di aspirazione associata con un particolare cilindro è attiva— ta, un impulso o segnale sarà generato nella linea 41 che può essere rivelato e misurato mediante il trasduttore 45 di pressione. I segnali generati mediante queste variazioni di pressione sono applicati in un modo convenzionale al calcolatore 33 in cui essi possono essere monitorati e valutati per determinare se o no le valvole di aspirazione e scarico si stanno insediando appropriatamente e se le fasce elastiche, ed in particolare la fascia elastica inferiore, portate dal pistone, stanno funzionando in maniera appropriata.

Poiché la camera di combustione di ciascun cilindro e mantenuta ad una pressione sub-atmosferica, l'aria contenuta in ciascuna camera è minima. Conseguentemente, movimento del pistone associato 7 durante la sua convenzionale corsa di compressione ha una piccola o nessuna quantità d'aria da comprimere ed il lavoro eseguito da ciascun pistone nella sua corsa di compressione è trascurabile. Conseguentemente, la coppia del motore che è misurata tramite il convertitore 27 di coppia è dovuta pressoché completamente all'attrito attribuibile alle parti mobili del motore .

Evacuazione di ciascun cilindro rende pure possibile la rivelazione di £asce elastiche a compressione rotte o mancanti, poiché la pressione in ciascun cilindro aumenterà se ad aria è consentito di entrare nella camera di combustione in conseguenza di fasce elastiche rotte o mancanti.

Se si desidera produrre una pressione positiva nel cilindro del motore 1 per scopi di prova, allora la pompa 42 viene regolata per dirigere aria nel collettore di aspirazione 36 nella direzione della freccia B e tutti gli elementi di strozzamento R1-R8 sono completamente o parzialmente chiusi. Rotazione dell'albero a gomiti 12 mediante il motore di azionamento 28 farà sì che i pistoni abbiano a muoversi di moto alternativo, come è usuale, ma la pressione sovra-atmosf erica dell'stria nella camera di combustione di ciascun cilindro sarà notevolmente superiore a quella che può essere ottenuta mediante il funzionamento del motore per effetto della sua propria potenza.

Quando ciascun pistone si muove di moto alternativo, le rispettive valvole di aspirazione e scarico si apriranno e chiuderanno alternativamente, generando cosi impulsi nei rispettivi condotti C1-C8 che possono essere rilevati e misurati mediante l'associato trasduttore di pressione P1-P8. L'induzione ed il mantenimento di questa pressione sovra-atmosferica in ciascun cilindro quando il motore è trascinato consente di imporre carichi più elevati su tutti i componenti ruotanti mobili di moto alternativo come i pistoni, le bielle, l'albero a gomiti e i cuscinetti di quanto è peraltro possibile. Conseguentemente, l'integrità e la durata delle valvole, dell'albero a camme, dell'albero a gomiti, del monoblocco, della testa cilindri e simili possono essere facilmente provate in grado superiore a quello che è possibile quando il motore opera sotto la sua propria potenza, e senza dover impiegare un dinamometro.

Impulsi generati in ciascun cilindro in risposta al movimento alternativo del pistone e alla apertura e alla chiusura delle valvole di aspira-zione e scarico possono essere rilevati mediante i rispettivi trasduttori di pressione P1-P8 per consentire di eseguire analisi mediaulte il calcolatore del motore e delle sue parti componenti. Ad esempio, un decadimento nella pressione sovra-at— mosferica rivelata dal trasduttore di pressione di un cilindro associato può essere indicativo di una valvola di scarico guasta, fascia elastica rotta o mancante, e/o valvole funzionanti in modo non appropriato. Poiché l'aria nei cilindri e nei condotti C1-C8 si trova ad una pressione notevolmente superiore a quella generata in condizioni normali quando il motore stesso sta funzionando sotto la sua propria potenza, le variazioni di pressione rivelate possono consentire di condurre prove molto più sensibili di quelle che era in precedenza possibile eseguire.

Indipendentemente dal fatto se il motore è trascinato mentre i cilindri sono evacuati o pressurizzati, non vi è necessità di rimuovere le candele e non vi è almeno alcuna necessità di prevedere mezzi a combustibile e di ventilazione per eliminare i gas di scarico, poiché il trascinamento del motore non richiede la combustione di combustibile.

Un altro vantaggio delle apparecchiature e dei procedimenti secondo l'invenzione è che l'eliminazione della necessità di far funzionare il motore sotto la sua propria potenza durante la prova riduce grandemente il livello di rumore associato con la prova di un motore funzionante sotto la sua propria potenza.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per l'impiego nel provare un motore a combustione interna (1) avente uno o più cilindri (2), mezzi di aspirazione (13) in comunicazione con ciascuno di detti cilindri per erogare fluido a ciascuno di detti cilindri, mezzi di scarico (14) in comunicazione con ciascuno di detti cilindri per erogare gas di scarico da ciascuno di detti cilindri, un pistone (7) adattato in modo da potersi muovere di moto alternativo in ciascuno di detti cilindri, e mezzi di azionamento (10-12) per spostare di moto alternativo ciascuno di detti pistoni, caratterizzata da mezzi a pompa (42) per evacuare o pressurizzare selettivamente ciascuno di detti cilindri; e mezzi di accoppiamento (36-41) per stabilire e mantenere comunicazione tra detti mezzi a pompa e ciascuno di detti cilindri mentre detti pistoni sono spostati di moto alternativo .
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 in cui detti mezzi di accoppiamento includono un collettore (36) in comunicazione con i mezzi di aspirazione di ciascuno di detti cilindri .
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi a pompa sono costituiti da una pompa a pressione positiva.
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1 in cui detti mezzi a pompa sono una pompa per vuoto.
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, includente mezzi valvolari regolabili (R1-R8) in comunicazione con ciascuno di detti mezzi di scarico per disabilitare, abilitare e variare selettivamente la portata di flusso di gas di scarico da ciascuno di detti cilindri.
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1. in cui detti mezzi di azionamento includono un motore a velocità variabile (28).
7. 7. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 6, in cui il movimento alternativo di eiascuno di detti pistoni effettua la generazione di segnali di pressione, e includente mezzi (Pl-P8) per rilevare detti segnali di pressione.
8. 8. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 7, includente mezzi (33) per analizzare detti segnali di pressione.
9. 9. Procedimento per provare un motore a combustione interna (1 ) avente uno o più cilindri (2) in ciascuno dei quali vi è un pistone (7) mobile di moto alternativo, ciascuno di detti cilindri avendo una testa (6) distanziata dal pistone associato e formante con esso una camera (8) di volume variabile, ciascuno di detti cilindri avendo un ingresso (13) ed uno scarico (14) in comunicazione con la camera associata, e ciascuno di detti pistoni essendo atto a muoversi di moto alternativo nel cilindro associato, caratterizzato dal fatto di stabilire e mantenere in ciascuna di dette camere una pressione che è selettivamente negativa o positiva rispetto alla pressione atmosferica, durante lo spostamento alternativo del pistone associato; generare impulsi di pressione in risposta al movimento alternativo di ciascuno di detti pistoni; rilevare detti impulsi; e analizzare gli impulsi rilevati.
10. 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9, includente il far variare la velocità di movimento alternativo di ciascuno di detti pistoni.
11. 11. Procedimento secondo la rivendicazione 9, includente il controllare la velocità o portata del flusso di gas di scarico da ciascuna di dette camere.
12. 12. Procedimento secondo la rivendicazione 9 , includente il rilevare gli impulsi associati con ciascuno di detti cilindri indipendentemente dagli impulsi associati con altri cilindri.
13. 13. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui la pressione mantenuta in ciascuno di detti cilindri è sub-stmosferrea.
14. 14. Procedimento secondo la rivendicazione 9, in cui la pressione mantenuta in ciascuno di detti cilindri è sovra-atmosferica.
15. 15. Procedimento secondo la rivendicazione 9, includente il disabilitare il flusso di fluido in ciascuna camera attraverso la luce di scarico associata.
16. 16. Procedimento secondo la rivendicazione 9, includente il disabilitare il flusso di gas di scarico in uscita da ciascuna camera attraverso la luce di scarico della camera associata