ITMI952260A1 - Motore rotativo a combustione interna a due tempi - Google Patents

Abstract

Il presente trovato si riferisce ad un motore rotativo e combustione interna e due tempi, che comprende un organo centrale il quale si sviluppa attorno ad un asse principale e nel quale sono definite camere cilindriche disposte attorno all'asse principale con i loro assi orientati perpendicolarmente e tale asse principale. In ciascuna delle camere cilindriche è alloggiato, in modo scorrevole assialmente, un pistone rivolto con il suo cielo verso l'esse principale e con il suo piede che fuoriesce dalla relativa camera cilindrica e che si impegna, in modo scorrevole, sul profilo interno di una struttura anulare. La struttura anulare si sviluppa attorno all'organo centrale ed è disposta con il suo asse eccentricamente rispetto all'asse principale. Nelle camere cilindriche sono definite luci di alimentazione per il combustibile e/o comburente e luci di scarico per l'evacuazione dei gas derivanti dalla combustione. L'organo centrale è azionabile con moto rotatorio attorno all'asse principale relativamente alla struttura anulare in modo tale che all'interno delle camere cilindriche nella zona compresa tra il cielo del relativo pistone e la corrispondente estremità della camera cilindrica, avvengano le fasi di compressione, combustione espansione, scarico ed alimentazione, usuali del motore e due tempi che mantengono in rotazione l'organo centrale erogando potenza disponibile su un albero connesso all'organo centrale.

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha come oggetto un motore rotativo a combustione interna a due tempi.

Come è noto, la maggior parte dei motori a combustione interna attualmente impiegati per la propulsione di autoveicoli, o per altre applicazioni, sono generalmente costituiti da cilindri all'interno dei quali sono scorrevoli pistoni il moto dei quali internamente ai cilindri deriva dall'espansione generata dalla combustione di combustibile e comburente all'interno dei cilindri. Il moto alternato dei pistoni viene poi trasformato in moto rotatorio a seguito dell'accoppiamento esistente tra i pistoni ed un albero motore, ottenuto mediante bielle.

Nei motori di tipo tradizionale, ovvero motori nei quali è necessario trasformare il moto alternato dei pistoni in moto rotatorio, si riscontra che, buona parte della potenza teoricamente disponibile a seguito dell'espansione nella camera di combustione, viene dissipata proprio nella trasformazione del moto da rettilineo in rotatorio.

Sono noti anche motori rotativi, ovvero motori nei quali il ciclo di funzionamento del motore a combustione interna viene ottenuto mediante pistoni che ruotano unitamente all'albero motore, come ad esempio i motori del tipo Wankel. Tali motori, benché consentano di ottenere teoricamente un rendimento maggiore rispetto ai motori con pistoni con moto alternato, hanno avuto una ridotta diffusione principalmente a causa della loro complessità costruttiva.

Compito precipuo del presente trovato è quello di risolvere i problemi sopra esposti realizzando un motore rotativo a combustione interna a due tempi che sappia unire i vantaggi di un motore rotativo a quelli di un'elevata semplicità costruttiva.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del trovato è quello di realizzare un motore rotativo a combustione interna a due tempi che presenti un'elevata affidabilità di funzionamento.

Un altro scopo del trovato è quello di realizzare un motore che presenti un elevato rendimento.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un motore che risulti di semplice manutenzione.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un motore rotativo a combustione interna a due tempi, caratterizzato dal fatto di comprendere un organo centrale sviluppantesi attorno ad un asse principale e con definite camere cilindriche disposte attorno a detto asse principale con i loro assi orientati sostanzialmente perpendicolarmente a detto asse principale, in ciascuna di dette camere cilindriche essendo alloggiato scorrevolmente, in direzione assiale, un pistone rivolto con il suo cielo verso detto asse principale e con il suo piede fuoriuscente dalla relativa camera cilindrica ed impegnantesi scorrevolmente sul profilo interno di una struttura anulare sviluppantesi attorno a detto organo centrale e disposta con il suo asse eccentricamente rispetto a detto asse principale, in dette camere cilindriche essendo definite luci di alimentazione per il combustibile e/o comburente e luci di scarico per l'evacuazione dei gas derivanti dalla combustione, detto organo centrale essendo azionabile con moto rotatorio attorno a detto asse principale relativamente a detta struttura anulare.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, del motore secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

la figura 1 illustra schematicamente il motore secondo il trovato in una sezione schematica eseguita trasversalmente all'asse principale;

la figura 2 illustra schematicamente il motore in alzato laterale e parzialmente sezionato;

la figura 3 è una sezione schematica della figura 2 eseguita lungo l'asse III—III;

la figura 4 è una sezione schematica della figura 2 eseguita lungo l'asse IV-IV.

Con riferimento alle figure citate, il motore secondo il trovato, indicato globalmente con il numero di riferimento 1, comprende un organo centrale 2 che si sviluppa attorno ad un asse principale 2a e che supporta cilindri 3 all'interno dei quali sono definite camere cilindriche 4 che sono disposte attorno all'asse principale 2a e che sono orientate con i loro assi perpendicolarmente all'asse principale 2a.

E' da notare che i cilindri 3 potranno essere fissati all'organo centrale 2 oppure realizzati in un solo pezzo con questo.

Preferibilmente, il numero dei cilindri 3 è pari a quattro e i cilindri sono regolarmente distanziati tra loro attorno all'asse principale 2a, ovvero disposti con i loro assi distanziati reciprocamente di un angolo di 90* attorno a tale asse principale.

All'interno di ciascuna camera cilindrica 4 è alloggiato, in modo scorrevole, come previsto nei motori a due tempi di tipo tradizionale, un pistone 5 che è rivolto con il suo cielo verso l'asse principale 2a e che fuoriesce con il suo piede dalla relativa camera cilindrica 4 e che si impegna, in modo scorrevole, sul profilo interno di una struttura anulare 6 che si sviluppa attorno all’organo centrale e che è disposta con il suo asse 6a eccentricamente rispetto all'asse principale 2a.

Nelle camere cilindriche 4 sono definite, in modo analogo ai motori a due tempi di tipo tradizionale, luci di alimentazioni 7, attraverso le quali nelle camere cilindriche 4 viene introdotto il combustibile e/o il comburente, e luci di scarico 8 per l'evacuazione dei gas derivanti dalla combustione del combustibile e del comburente.

Il piede di ciascuno dei pistoni 5 è spinottato ad un cuscinetto 9 che si impegna, in modo girevole, contro il profilo interno della struttura anulare 6.

I vari pistoni 5 sono poi collegati tra loro mediante un organo di supporto anulare 10 che è connesso ai vari spinotti 9a che portano i cuscinetti 9.

In pratica, all'interno di ciascun cilindro 3, tra il cielo del relativo pistone 5 e l'estremità della camera cilindrica 4 rivolta verso l'asse principale 2a, risulta definita una camera di combustione 11 nella quale può essere disposta una candela di accensione 12, oppure un iniettore di combustibile, a seconda che il motore in oggetto debba funzionare con un ciclo Otto oppure con un ciclo Diesel.

Ponendo in rotazione l'organo principale 2 attorno all'asse 2a relativamente alla struttura anulare 6, a seguito dell'eccentricità esistente tra l'asse principale 2a e l'asse 6a della struttura anulare 6, all'interno di ciascun cilindro si completano le fasi di aspirazione-scarico, compressione, combustione-espansione tipiche di un motore a due tempi. La potenza generata dalla combustione-espansione si traduce in una rotazione dell'organo centrale 2 e tale potenza è disponibile all'albero motore 13 che è fissato coassialmente all'organo centrale 2, ovvero ricavato in un solo pezzo con esso.

Più particolarmente, la struttura anulare 6 costituisce la struttura portante del motore e supporta, in modo girevole attorno al suo asse, ad esempio mediante una coppia di cuscinetti 14a e 14b l'albero motore 13.

Vantaggiosamente, il motore secondo il trovato comprende mezzi di compressione del comburente immesso nelle camere cilindriche 4 attraverso le luci di alimentazione 7. I mezzi di compressione del comburente comprendono una turbina principale 16 che è disposta attorno all'albero motore 13 e il cui rotore è calettato direttamente sull'albero motore 13. Tale turbina principale 16 è collegata con il suo condotto di mandata, attraverso condotti 17 che si sviluppano nelle pareti dei cilindri 3 o a ridosso di queste, alle luci di alimentazione 7 disposte nelle varie camere cilindriche 4.

Vantaggiosamente, i mezzi di compressione del comburente comprendono anche una turbina secondaria 18 che è azionabile in modo indipendente rispetto alla turbina principale 16, ad esempio mediante un motore elettrico di tipo noto e non illustrato per semplicità, e che è collegata con il suo condotto di mandata al condotto di aspirazione della turbina principale 16. La turbina secondaria 18 può essere attivata o disattivata a comando, e, in particolare, viene attivata quando il motore funziona a regimi minimi in modo tale da sopperire alla ridotta compressione attuata dalla turbina principale 16 azionata dalla rotazione dell'albero motore 13.

Le luci di scarico 8 sono collegate, attraverso condotti di collegamento 18, ad un condotto collettore 19 che si sviluppa internamente ad un albero secondario 20 realizzato come prolungamento coassiale dell'albero motore 13. Il condotto collettore 19 è, in tal modo, solidale nella rotazione attorno all'asse principale 2a, all'albero motore 13 e sfocia all'interno di una camera 41 che è in comunicazione con l'atmosfera. Vantaggiosamente, all'estremità dell'albero secondario 20 che, come si è detto è solidale nella rotazione attorno all'asse 2a all'albero motore 13, sono connesse palette 22 che, a seguito della rotazione dell'albero secondario 20, favoriscono l'estrazione dei gas di scarico dalle camere cilindriche 4 e la loro evacuazione verso l'esterno.

Qualora il motore secondo il trovato funzioni secondo un ciclo Otto, in prossimità di ciascuna luce di alimentazione 7, ovvero all'interno di ciascun condotto 17, è opportunamente previsto un iniettore, di tipo noto e non illustrato per semplicità, che è collegato ad una pompa del combustibile 40 e che viene attivato mediante alimentazione elettrica. L'alimentazione elettrica agli iniettori, previsti uno per ciascuna camera cilindrica 4, viene ottenuta mediante un circuito di alimentazione che è realizzato in parte sull'organo centrale 2, ovvero su ciascun cilindro 3 che porta il relativo iniettore, e in parte sulla struttura anulare 6, prevedendo un contatto elettrico 22 in una zona prefissata della struttura anulare 6 che chiude il circuito di alimentazione elettrica del relativo iniettore quando il corrispondente cilindro 3 giunge in corrispondenza di tale contatto elettrico 22. La posizione del contatto elettrico 22 è studiata in modo tale che l'iniezione all'interno della camera cilindrica di ciascun cilindro 3 avvenga quando il relativo pistone 5 è in prossimità del punto morto inferiore, ovvero quando la luce di alimentazione risulta in comunicazione con la camera di combustione 11.

Allo stesso modo, l'alimentazione delle candele di accensione 12 viene attuata con un circuito elettrico disposto in parte sui cilindri 3 e in parte sulla struttura anulare 6 con un contatto elettrico 23, disposto su ciascuno dei cilindri 3 che chiude il circuito di alimentazione di ciascuna candela di accensione 12 quando il relativo cilindro 3 si trova in corrispondenza di un contatto elettrico 24. La disposizione del contatto elettrico 24 è studiata in modo tale che la candela di accensione 12 di ciascun cilindro venga alimentata al termine della fase di compressione, ovvero con il pistone in prossimità del punto morto superiore. La posizione del contatto elettrico 24 verrà inoltre studiata in funzione dell'anticipo che si desidera ottenere nell'accensione.

Il circuito di alimentazione delle candele 12 è inoltre servito da un distributore rotante 25 che è costituito da un anello calettato direttamente sull'albero motore 13 o sull'albero secondario 20 provvisto di 4 contatti 26, disposti sostanzialmente a 90° tra loro attorno all'asse principale 2a che si affacciano ad un sensore fisso 26a solidale alla struttura anulare 6 e collegato ad una centralina elettronica 42. Il distributore rotante ha un funzionamento analogo a quello dei ruttori dei motori di tipo tradizionale.

Nel caso che invece il motore secondo il trovato funzioni con un ciclo Diesel, la candela di accensione 12 è sostituita da un iniettore che viene azionato in modo analogo a quanto descritto in riferimento agli iniettori posti in prossimità delle luci di alimentazione 7. In questo caso, ovviamente, attraverso le luci di alimentazione 7 viene fornita semplicemente aria, ovvero il comburente, e viene variato il rapporto di compressione all'interno dei cilindri 3 del motore.

La pompa 40 del combustibile è montata direttamente sull'albero motore 13.

Opportunamente, ciascun cilindro 3 presenta una superficie esterna provvista di alettature 28 per ottenere un adeguato raffreddamento che è incrementato, durante il funzionamento del motore dalla rotazione degli stessi cilindri attorno all'asse 2a.

Opportunamente, la lubrificazione all'interno dei cilindri viene ottenuta mediante una pompa 29 che viene azionata dallo stesso albero motore 13.

Più particolarmente, la pompa 29 può essere costituita da una pompa a palette, o altro tipo di pompa, con il rotore 30 calettato direttamente sull'albero motore 13.

Come illustrato in particolare nella figura 4, per evitare un’eccessiva pressione sul condotto di mandata 31 del lubrificante, viene previsto un condotto di by-pass 32 sul quale è disposta una valvola 33 di massima pressione.

Il condotto di mandata 31 è in collegamento con condotti che sfociano sul mantello interno dei cilindri 3, non illustrati per semplicità.

Sul mantello di ciascun pistone 5 è previsto un anello di tenuta 34 che ha la semplice funzione di evitare fuoriuscite di lubrificante verso l'esterno dei cilindri 3. E' da notare che la lubrificazione dei cilindri 3 risulta favorita dalla forza centrifuga sviluppata dalla rotazione dell'organo centrale 2 attorno all'asse 2a.

In prossimità del cielo di ciascun pistone 5 è disposto un anello parafiamma 35 che ha la funzione di ottenere un'adeguata tenuta del pistone 5 sulle pareti interne del cilindro 3 e di evitare l'ingresso del lubrificante nella camera di combustione 11. Tale ingresso è comunque impedito anche dalla forza centrifuga che, come si è detto, spinge il lubrificante erogato sulla superficie interna dei cilindri 3, in direzione opposta ri-spetto all'asse principale 2a.

Il motore secondo il trovato può essere completato da una puleggia 36 che è calettata sull'albero secondario 19 e che è collegata, ad esempio attraverso una cinghia dentata 37, ad una puleggia 38 calettata sull'albero di un alternatore che può essere utilizzato anche quale motore di avviamento per il motore in oggetto.

Il funzionamento del motore secondo il trovato è il seguente.

La rotazione dell'organo centrale 2 attorno all'asse 2a relativamente alla struttura anulare 6, a seguito dell'eccentricità esistente tra l'asse 2a e l'asse 6a, realizza all'interno di ciascuna camera cilindrica 4, in successione per i vari cilindri 3, una compressione del comburente e/o della miscela di combustibile e comburente, al termine della quale avviene l'iniezione di combustibile, oppure l'accensione della miscela mediante le candele di accensione 12, la fase di combustione-espansione e la fase di scarico-alimentazione tipiche dei motori a due tempi. La potenza derivante dalla combustione-espansione, si traduce, sempre a seguito dell'eccentricità esistente tra l'asse 2a e l'asse 6a, nonché a seguito dell'accoppiamento rotante esistente tra i pistoni 5 e la struttura anulare 6, in una rotazione dell'organo centrale 2. La potenza erogata è disponibile all'albero motore 13.

Grazie al fatto che il moto alternativo dei pistoni 5 si traduce immediatamente in una rotazione dell'albero motore 13 senza la necessità di organi di collegamento intermedi, il motore secondo il trovato presenta un rendimento superiore rispetto al rendimento dei motori a combustione interna di tipo tradizionale.

Inoltre, grazie al fatto che il lubrificante, a seguito della forza centrifuga derivante dalla rotazione dell'organo centrale 2 attorno all'asse 2a viene spinto in direzione opposta rispetto all'asse 2a, si ha un ridotto consumo di lubrificante e, al tempo stesso, una riduzione delle emissioni inquinanti nei gas di scarico.

Si è in pratica constatato come il motore secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto presenta un rendimento superiore rispetto al rendimento dei motori a combustione interna con moto alternativo dei pistoni ed una semplicità costruttiva nettamente superiore rispetto ai motori a combustione interna di tipo rotativo.

Il motore così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (17)

1. RIVENDICAZIONI 1. Motore rotativo a combustione interna a due tempi, caratterizzato dal fatto di comprendere un organo centrale sviluppantesi attorno ad un asse principale e con definite camere cilindriche disposte attorno a detto asse principale con i loro assi orientati sostanzialmente perpendicolarmente a detto asse principale, in ciascuna di dette camere cilindriche essendo alloggiato scorrevolmente, in direzione assiale, un pistone rivolto con il suo cielo verso detto asse principale e con il suo piede fuoriuscente dalla relativa camera cilindrica ed impegnantesi scorrevolmente sul profilo interno di una struttura anulare sviluppantesi attorno a detto organo centrale e disposta con il suo asse eccentricamente rispetto a detto asse principale, in dette camere cilindriche essendo definite luci di alimentazione per il combustibile e/o comburente e luci di scarico per l'evacuazione dei gas derivanti dalla combustione, detto organo centrale essendo azionabile con moto rotatorio attorno a detto asse principale relativamente a detta struttura anulare.
2. 2. Motore, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto organo centrale comprende un albero motore supportato girevolmente attorno al suo asse coincidente con detto asse principale, dette camere cilindriche essendo definite in cilindri solidali a detto albero motore e disposti radialmente attorno a detto asse principale.
3. 3. Motore, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detti cilindri sono provvisti, sulla loro superficie esterna, di alettature di raffreddamento.
4. 4. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di compressione del comburente immesso in dette camere cilindriche attraverso dette luci di alimentazione.
5. 5. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di compressione comprendono una turbina principale con rotore calettato attorno a detto albero motore e collegata, con il suo condotto di mandata, a dette luci di alimentazione.
6. 6. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di compressione comprendono una turbina secondaria collegata con il suo condotto di mandata al condotto di aspirazione di detta turbina principale, detta turbina secondaria essendo attivabile o disattivabile a comando.
7. 7. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, in corrispondenza di dette luci di alimentazione, sono disposti iniettori del combustibile, detti iniettori essendo comandati dall'incontro di un interruttore di azionamento posto su detto organo centrale con un riscontro fisso disposto su detta struttura anulare.
8. 8. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, in dette camere cilindriche, sono disposti mezzi di accensione della miscela combustibile-comburente.
9. 9. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di accensione comprendono, per ciascuna di dette camere cilindriche, una candela di accensione disposta in prossimità dell'estremità di dette camere cilindriche rivolta verso detto asse principale.
10. 10. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, in ciascuna di dette camere cilindriche, è disposto, in prossimità dell'estremità assiale di dette camere cilindriche rivolta verso detto asse principale, un iniettore di combustibile.
11. 11. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti condotti di scarico comunicano con un condotto collettore realizzato come prolungamento di detto albero motore e sfociante in una camera di evacuazione dei gas di scarico.
12. 12. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto condotto collettore è solidale a detto albero motore nella rotazione attorno a detto asse principale ed è provvisto, in detta camera di evacuazione dei gas di scarico, di palette di estrazione dei gas di scarico.
13. 13. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, su detto albero motore, è calettato il rotore di una pompa di alimentazione di detti iniettori.
14. 14. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che, su detto albero motore, è calettato il rotore di una pompa di lubrificazione collegata con condotti sfocienti sulla superficie interna di detti cilindri alloggienti scorrevolmente detti pistoni.
15. 15. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il piede di ciascuno di detti pistoni supporta un cuscinetto impegnantesi girevolmente con il profilo interno di detta struttura anulare.
16. 16. Motore, secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti pistoni sono supportati, in corrispondenza del loro piede, da un organo di supporto anulare disposto coassialmente a detta struttura anulare e solidale, nella rotazione attorno a detto asse principale, a detto organo centrale.
17. 17. Motore rotativo a combustione interna a due tempi, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.