ITMO20110254A1 - Pistone e biella perfezionata per motori a combustione interna - Google Patents

Description

PISTONE E BIELLA PERFEZIONATA PER MOTORI A COMBUSTIONE INTERNA.

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione si riferisce ad un pistone e biella perfezionata per l'impiego in motore a combustione interna conformati per migliorare considerevolmente il funzionamento del motore nel suo complesso in tutte le condizioni di funzionamento.

Arte nota

Lo stato della tecnica comprende vari tipi di pistoni e bielle che, nel loro accoppiamento, sono orientate al miglioramento dei contatto snodato del piede di biella sul pistone per realizzare, nel modo più conveniente al rendimento, l'oscillazione tipica che avviene nella crociera di un manovellismo di spinta. Le spinte generate dal fluido (gas combusto od in compressione) sono generalmente unidirezionali dal pistone verso il piede di biella, ma sovente le forze di inerzia, dovute alla massa del pistone e della biella, al diminuire della spinta unidirezionale del fluido invertono il senso delle forze trasmesse dal piede di biella ed il pistone. Così sono note nella tecnica bielle più lunghe della lunghezza reale in quanto il centro di rotazione del piede di biella sul pistone à ̈ spostato verso la faccia superiore del cielo del pistone e quindi la biella risulta più corta a ridurre gli ingombri del motore di pari cilindrata sviluppata, in quanto l’angolo di oscillazione risulta minore che con un classico spinotto d’accoppiamento. In questa ricerca i costruttori di motori a combustione interna hanno realizzato varie forme di accoppiamento tra pistone e biella.

Nella tecnica, con lo scopo di riduzione le dimensioni, à ̈ noto dal documento anteriore EP 449278 A1 una connessione oscillante tra un pistone e la relativa biella che presenta una superficie concava semisferica nella sezione di una piastra d'estremità al piede di biella, a sua volta scorrevolmente accoppiata ad una superficie semisferica convessa presente nella parte centrale inferiore della parte di corona del pistone ed un elemento tubolare, supportato al mantello laterale del pistone, ed accoppiato con la superficie inferiore, analogamente semisferica, della detta piastra d'estremità del piede di biella. Nel documento anteriore sono, inoltre, descritti vari membri di scorrimento interposti tra la detta piastra d'estremità ed il pistone per evitare usure negli anelli di tenuta del pistone e battimenti nella variazione di movimento alternativo del pistone.

Peraltro, se la soluzione proposta nel detto documento consente di spostare il centro di rotazione relativa tra la biella ed il pistone, dell’accoppiamento scorrevole al piede di biella, la complessità dei membri interposti, che generano anche più intercapedini ripiene di olio di lubrificazione, non consente di limitare gli spessori delle pareti e fondelli, e quindi le masse in gioco, così i detti pistoni devono essere prodotti per fusione di alluminio od altre leghe leggere corrispondenti. Cioà ̈, i pistoni in lega leggera, se permettono di realizzare strutture interne complesse del pistone, obbligano anche a prevedere dimensionamenti con giochi maggiori nei diametri per consentire un funzionamento a freddo piuttosto che a caldo rispetto alla canna del cilindro, nonché sono realizzati con un profilo tendenzialmente conico, che solo con il completo riscaldamento del motore permette di giungere ad una soddisfacente tenuta ed il raggiungimento dei parametri di riduzione di emissioni nocive allo scarico previste dalla normativa contro l’inquinamento dell’aria.

Nello stato della tecnica à ̈ noto anche per un pistone composito, dal documento anteriore EP 451011 A1, una connessione sferica, tra un piede di biella ed un pistone, realizzata con l'interposizione di una conchiglia semisferica atta ad accogliere l'estremità sferica del piede di biella e realizzare nella sede semisferica una cavità centrale, per la lubrificazione forzata del contatto oscillante. L'olio in pressione proviene da un condotto assiale al corpo della biella e presenta una valvola di non ritorno a sfera con apertura in favore della pressione del circuito di lubrificazione; inoltre, fori radiali sono previsti sul condotto assiale a monte della valvola di non ritorno per alimentare di olio per il raffreddamento la parte inferiore del mantello del pistone dall'interno. La detta conchiglia semisferica essendo connessa ed a tenuta con il detto mantello del pistone così da ricevere nell’intercapedine tra la superficie esterna della conchiglia e l'interno del pistone un fluido idraulico, olio di lubrificazione, o gassoso in pressione a limitare la deformazione della detta conchiglia sotto le forze di spinta assiali dovute ai gas combusti nel motore endotermico.

Peraltro, una simile realizzazione necessita di una costruzione del pistone complessa visto che la conchiglia in materiale lievemente deformabile deve essere applicata al mantello dall'interno in modo da realizzare la tenuta dell'intercapedine e permettere di agire con una forza di reazione, al fluido idraulico o gassoso, sulla superficie esterna della conchiglia e limitarne la deformazione. In questo modo viene trasmessa la parte preponderante di spinta assiale dei gas combusti nel cilindro alla biella e quindi all'albero motore. La valvola di non ritorno consente la lubrificazione dell'accoppiamento sferico e per l'alimentazione di olio entro il menisco tra la conchiglia ed il piede di biella sferico operando da martinetto idraulico con le spinte assiali generate dal moto alternativo del pistone nel cilindro. Così, anche in presenza di un accoppiamento oscillante tra piede di biella e pistone complesso e volto alla riduzione degli attriti, non viene realizzata una conformazione semplice ed efficace nella riduzione delle resistenze allo scorrimento.

Tale stato della tecnica à ̈ suscettibile di notevoli perfezionamenti con riguardo alla possibilità di realizzare un accoppiamento oscillante tra un pistone ed una biella perfezionata, che superi gli inconvenienti suddetti e renda funzionale alla riduzione della complessità costruttiva delle soluzioni suddette note nella tecnica ed al notevole miglioramento del rendimento complessivo del meccanismo anche nel funzionamento a freddo cioà ̈ nella condizione d'avviamento del motore a combustione interna.

Il problema tecnico, quindi, che sta alla base della presente invenzione à ̈ quello di realizzare un accoppiamento oscillante tra piede di biella e pistone che permetta di ridurre le parti impiegate, ma nel tempo stesso possa portare ad una soluzione più semplice, leggera e di sicura affidabilità sia alle basse temperature d'avviamento, sia alle temperature raggiungibili a regime in un motore a combustione interna.

Un ulteriore e non ultimo scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una conformazione con capacità lubrificante aumentata nelle superficie in contatto di oscillazione tra il piede di biella ed il pistone.

Più ancora, in un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una conformazione con capacità di raffreddamento aumentata nel pistone medesimo così da realizzare una notevole asportazione di calore proprio dove si forma il calore per effetto dei gas combusti sul pistone.

Infine, una ulteriore parte del problema tecnico più sopra esposto à ̈ quella di realizzare un meccanismo per impedire la rotazione reciproca tra pistone e biella, che sia rapido e facile da realizzare e che non influenzi i risultati sulla lubrificazione e sul raffreddamento ottenuti con l'accoppiamento privo del meccanismo antirotazione.

Sommario dell'invenzione

Questo problema à ̈ risolto, secondo la presente invenzione, da un pistone e biella perfezionata per l'impiego in motore a combustione interna, comprendente un piede di biella, dotato di una estremità conformata a coppa sferica concava sulla superficie interna, per l'accoppiamento in oscillazione con una superficie inferiore di forma sferica convessa del cielo del pistone; la suddetta coppa sferica dotata di superficie sferica convessa esterna e concentrica alla superficie interna sferica concava; un anello di ritenzione presenta una superficie interna sferica concava accoppiata e scorrevole sulla suddetta superficie esterna sferica convessa della suddetta coppa; l’anello à ̈ a sua volta connesso in modo amovibile alla parte interna del mantello del pistone mediante elementi di bloccaggio, agenti radialmente nel mantello; un canale assiale nel corpo della biella convoglia l'olio lubrificante in pressione dal bottone di manovella; caratterizzati in ciò, che presenta il pistone dotato di una camera di accumulo realizzata nel cielo del pistone affacciata a detto canale assiale; una valvola limitatrice, soggetta all'azione di una molla di carico, limita il deflusso dell’olio in pressione dal bottone di manovella ad un valore maggiore di un valore minimo di pressione verso la detta camera d'accumulo e le superficie d’accoppiamento in oscillazione.

Inoltre, in una forma costruttiva perfezionata: i suddetti elementi di bloccaggio sono elementi inseriti in fori radiali nel mantello del pistone distribuiti nell'arco completo della circonferenza del mantello.

Più ancora, in una ulteriore forma costruttiva: l'anello di ritegno à ̈ realizzato in due metà accoppiate all'interno del mantello del pistone.

Inoltre, in una ulteriore forma costruttiva: la valvola a sfera limitatrice presenta la pressione di apertura regolabile al valore di taratura previsto nello specifico impiego della biella.

Più ancora, in una forma costruttiva specifica: l'anello di ritegno à ̈ realizzato in due metà accoppiate all'interno del mantello del pistone; le due metà sono speculari, suddivise su un piano assiale da un accoppiamento a scalino e con spina di riferimento tra loro.

Inoltre, in una variante di forma costruttiva: un meccanismo antirotazione reciproca tra la biella ed il pistone à ̈ realizzato con elementi interposti tra coppa e cielo del pistone allineati sul piano assiale di oscillazione reciproca, e scorrevoli, nell'oscillazione, nel piano di oscillazione della biella rispetto al pistone.

Più ancora, in una forma costruttiva perfezionata: un meccanismo antirotazione reciproca tra la biella ed il pistone à ̈ realizzato con elementi a sfera alloggiati in sedi, presenti nella superficie interna sferica concava della coppa, ed allineati sul piano assiale di oscillazione reciproca e scorrevoli, nell'oscillazione, entro scanalature radiali allineate con il piano di oscillazione della biella rispetto al pistone, presenti nella superficie sferica inferiore convessa del cielo del pistone.

Inoltre, in una forma costruttiva preferita: il flusso d'olio di lubrificazione verso la camera di accumulo esegue anche il raffreddamento delle pareti della camera di accumulo, realizzate vicine alla parete della camera di combustione nel cielo del pistone.

Più ancora, in una forma costruttiva ulteriormente prefezionata: il pistone à ̈ realizzato in acciaio.

Infine, un motore a combustione interna dotato di pistoni alternativi con l'accoppiamento di oscillazione tra pistone e biella che à ̈ realizzato secondo una o più delle caratteristiche di pistone e biella descritte precedentemente.

Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione, nella realizzazione di un pistone e biella perfezionata per l'impiego in motore a combustione interna, sono menzionati nella descrizione fatta di seguito, di alcuni esempi schematici di realizzazione dati a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento alle quattro tavole di disegno allegate.

Breve descrizione dei disegni

- La Figura 1 rappresenta una sezione schematica di un gruppo pistone-piede di biella accoppiati secondo una forma della presente invenzione, con possibilità di rotazione reciproca tra biella e pistone, realizzata sul piano contenente l'asse del cilindro e l'asse della biella nel suo moto di oscillazione; - Figura 2 rappresenta una vista prospettica del piede di biella a coppa semisferica e di parte della biella;

- Figura 3 rappresenta una vista prospettica di una sezione schematica, come la sezione di Figura 1, della forma costruttiva con possibilità di rotazione reciproca tra biella e pistone;

- Figura 4 rappresenta una vista in prospettiva di un anello di ritenzione in due metà, qui scomposte, che provvede a mantenere in posizione il piede di biella di Figura 2 nel contatto con il cielo del pistone della forma costruttiva di Figure 1-3; - Figura 5 rappresenta una vista prospettica di una sezione schematica di una forma costruttiva che impedisce la possibilità di rotazione reciproca tra biella e pistone;

- Figura 6 rappresenta una vista prospettica del piede di biella a coppa semisferica e della biella atta ad essere impiegata nella forma costruttiva di Figura 5;

- Figura 7 rappresenta una vista prospettica del pistone con la superficie inferiore del cielo del pistone sferica convessa e le scanalature in esso realizzate per lo scorrimento delle parti che impediscono la rotazione tra pistone e biella;

- Figura 8 rappresenta una vista in sezione schematica della forma costruttiva di Figura 5, che impedisce la possibilità di rotazione reciproca tra biella e pistone, eseguita sul piano contenente l'asse del cilindro e l'asse della biella nel suo moto di oscillazione;

- Figura 9 rappresenta una vista in sezione schematica della forma costruttiva di Figura 5, eseguita su un piano ad angolo retto rispetto al piano della sezione schematica di Figura 8;

- Figura 10 Figura 4 rappresenta una vista in prospettiva di un anello di ritenzione in due metà, qui scomposte, che provvede a mantenere in posizione il piede di biella di Figura 6 nel suo contatto con il cielo del pistone di Figura 7 sulla superficie sferica concava sul piede di biella e sferica convessa nella superficie interna de! cielo del pistone.

Descrizione dettagliata di preferite forme di realizzazione

Nelle Figure da 1 a 4, in una forma costruttiva di pistone 1 e biella 2 perfezionata in cui il piede di biella 3, con centro di istantanea rotazione P, presenta una estremità 4 conformata a coppa sferica 5, concava sulla superficie interna 6, per l'accoppiamento in oscillazione con una superficie inferiore 7 del cielo 8 del pistone 1 di forma sferica convessa. L'estremità del piede di biella 4 presenta la suddetta coppa sferica 5 dotata di superficie sferica convessa esterna 9 e concentrica alla superfìcie interna sferica concava 6. Un anello di ritenzione 10 presenta una superficie interna sferica concava 11 accoppiata e scorrevole sulla suddetta superfìcie esterna sferica convessa 9 della suddetta coppa 5, costituente il piede di biella 3; esso anello à ̈ a sua volta connesso in modo amovibile alla parte interna del mantello 12 del pistone 1 mediante elementi 13 di bloccaggio, filettati ed agenti radialmente nel mantello 12 e distribuiti nell'arco completo della circonferenza del mantello.

La superficie superiore 14 del cielo del pistone 8, esposta ai gas di combustione, à ̈ conformata concava a realizzare una camera di combustione 15 concentrica all'asse del pistone X, vista la possibilità di rotazione reciproca tra pistone 1 e biella 2, e presenta nella superficie inferiore 7 del cielo una camera di accumulo 16 di olio lubrificante, che à ̈ vicina alla parete della camera di combustione 15 suddetta. L'olio in pressione, proveniente dall'impianto di lubrificazione forzata mediante una canale assiale 17 nel corpo della biella 2, viene trattenuto con una valvola limitatrice 18, vantaggiosamente del tipo a sfera contro l'azione di una molla di carico, per consentire di mantenere piena ed alla corretta pressione l’olio lubrificante nel bottone di manovella, anche nei momenti di minore pressione di alimentazione d'olio; nella camera di accumulo 16 giunge l'olio scaricato dal corrispondente bottone di manovella, qui non raffigurato; la camera di accumulo provvede ad alimentare i canali di adduzione dell'olio lubrificate sulle superficie sferiche in contatto di strisciamento (6, 7, 9, 11): sulla superficie sferica concava 6 sono previsti canali radiali 19; sulla superficie sferica concava 11 sono previsti canali inclinati 20. Sul mantello 12 del pistone 1 sono previste sedi anulari per gli anelli di tenuta e raschia-olio noti nella tecnica, qui non ulteriormente descritti, nel contatto scorrevole per il moto alternativo tra il pistone 1 e la canna C del cilindro entro cui à ̈ alloggiato. Nello scorrimento a lubrificazione forzata, come detto, l'olio che esce dal bordo della coppa 5, riempie anche l'intercapedine anulare 21 tra il mantello 12, il cielo 8 e la coppa 5, venendo spinto verso i fori di uscita radiali 22, come noto nella tecnica, ed assiali 23 presenti su detto anello di ritenzione 10 ed equamente distribuiti nell'arco completo della circonferenza; pertanto l'olio lubrifica, oltre alle superficie sferiche suddette, anche il contatto di scorrimento del mantello 12 contro la canna C e mediante ulteriori fori radiali 24 in corrispondenza della sede anulare dell'anello raschia-olio ritorna nel carter del motore endotermico. Infine, l'anello di ritenzione 10 viene realizzato, vantaggiosamente, in due metà speculari 25, suddivise su un piano assiale da un accoppiamento a scalino 26 e con spina di riferimento 27 tra loro, come visibile nella Figura 4.

Nelle Figure da 5 a 10 à ̈ visibile una forma costruttiva di un pistone e biella perfezionata, secondo l'invenzione, realizzata similmente alla forma costruttiva di Figure da 1 a 4, qui però dotata di mezzi di riferimento tra il pistone e la biella per impedire la libera rotazione reciproca e consentire solo l'oscillazione. Parti corrispondenti, tra le forme costruttive, sono indicate con riferimenti identici.

Così la forma costruttiva con l'impossibilità della rotazione reciproca presenta un pistone 31 accoppiato ad una biella 2 perfezionata in cui il piede di biella 3, con centro di istantanea rotazione P, presenta una estremità 34 conformata a coppa sferica 35, concava sulla superficie interna 6, per l'accoppiamento in oscillazione con una superficie inferiore 7 del cielo 38 del pistone 31 di forma sferica convessa. L'estremità, del piede di biella 34, presenta la suddetta coppa sferica 35 dotata di superficie sferica convessa esterna 9 e concentrica alla superficie interna sferica concava 6. Un anello di ritenzione 40 presenta una superficie interna sferica concava 1 1 accoppiata e scorrevole sulla suddetta superficie esterna sferica convessa 9 della suddetta coppa 35, costituente il piede di biella 3; esso anello à ̈ a sua volta connesso in modo amovibile alla parte interna del mantello 12 del pistone 31 mediante elementi 13 di bloccaggio, filettati ed agenti radialmente nel mantello 12 e distribuiti nell'arco completo della circonferenza del mantello.

La superficie superiore 44 del cielo del pistone 38, esposta ai gas di combustione, à ̈ conformata concava a realizzare una camera di combustione 15 concentrica all'asse del pistone X e presenta nella superficie inferiore 7 del cielo una camera di accumulo 16 di olio lubrificante, che à ̈ vicina alla parete della camera di combustione 15 suddetta. L'olio in pressione, proveniente dall'impianto di lubrificazione forzata, mediante una canale assiale 17, nel corpo della biella 2, viene trattenuto con una valvola limitatrice 18, vantaggiosamente del tipo a sfera contro l'azione di una molla di carico, per consentire di mantenere piena ed alla corretta pressione l'olio lubrificante nel bottone di manovella, anche nei momenti di minore pressione di alimentazione d'olio; nella camera di accumulo 16 giunge l'olio scaricato dal corrispondente bottone di manovella tramite la testa di biella 39; la testa di biella non presenta sui bordi 41 l'usuale tacca per facilitare lo scarico dell'olio che ha lubrificato il bottone, ad evitarne il cracking. Pertanto, la camera di accumulo ricevendo una grande quantità d'olio provvede ad alimentare i canali di adduzione dell'olio lubrificate sulle superficie sferiche in contatto di strisciamento (6, 7, 9, 11): sulla superficie sferica concava 6 sono previsti canali radiali 19; sulla superficie sferica concava 11 sono previsti canali inclinati 20. Sul mantello 12 del pistone 31 sono previste sedi anulari per gli anelli di tenuta e raschia-olio noti nella tecnica, qui non ulteriormente descritti, nel contatto scorrevole per il moto alternativo tra il pistone 31 e la canna C del cilindro entro cui à ̈ alloggiato. Nello scorrimento a lubrificazione forzata, come detto, l'olio che esce dal bordo della coppa 35 riempie anche l'intercapedine anulare 21 tra il mantello 12, il cielo 38 e la coppa 35, venendo spinto verso i fori di uscita radiali 22, come noto nella tecnica, ed assiali 23 presenti su detto anello di ritenzione 40 ed equamente distribuiti nell'arco completo della circonferenza; pertanto l’olio lubrifica anche il contatto di scorrimento del mantello 12 contro la canna C e mediante ulteriori fori radiali 24 in corrispondenza della sede anulare dell'anello raschia-olio ritorna nel carter del motore endotermico.

Il meccanismo antirotazione reciproca tra la biella 2 ed il pistone 31 à ̈ realizzato con elementi a sfera 32 alloggiati in sedi 33 ed allineati sul piano assiale di oscillazione reciproca, che à ̈ quello di sezione nelle Figure 5 e 8, e scorrevoli, nell'oscillazione, entro scanalature radiali 36 allineate con il piano di oscillazione della biella rispetto al pistone, presenti nella superficie sferica inferiore convessa 7 del cielo 38 del pistone 31. Pertanto, la rotazione essendo impedita permette la realizzazione, sulla superficie superiore 44 del cielo 38 del pistone, di scarichi 37 per le valvole a fungo come noto nella tecnica.

Infine, l'anello di ritenzione 40 viene realizzato, vantaggiosamente, in due metà speculari 55, suddivise su un piano assiale di oscillazione reciproca tra biella 2 e pistone 31 unite da un accoppiamento a scalino 56 e con spina di riferimento 57 tra loro, come visibile nella Figura 10.

Le suddette forme costruttive si differenziano per i mezzi di impedimento della rotazione reciproca tra biella 2 e pistone 31 non presenti nel pistone 1. Pertanto, il montaggio e funzionamento sono qui descritti unitariamente, poi sono descritti separatamente i soli mezzi antirotazione.

Infatti, l'accoppiamento oscillante tra biella 2 e pistone 1 , 31 viene realizzato con l'estremità al piede di biella 3 mediante la coppa a sviluppo sferico 5, 35 dotata di due superficie sferiche parziali concentriche (concava 6 e convessa 9) nel centro di istantanea rotazione P del detto piede di biella 3. Tali superficie sferiche parziali concentriche a loro volta sono accoppiate a scorrimento con corrispondenti superficie sferiche parziali (concava 11 e convessa 7), anch'esse identicamente concentriche al centro di istantanea rotazione P del piede di biella, realizzate la prima convessa 7 sulla superficie inferiore del cielo del pistone 8 o 38 e la seconda concava 11 su un anello di ritenzione 10 o 40 alloggiato all'interno del mantello 12 del relativo pistone 1 , 31 , che assicura la corretta posizione di oscillazione della biella 2 sul pistone.

Così il moto di oscillazione avviene per lo scorrimento, mediato dall'olio di lubrificazione, di dette superficie sferiche parziali accoppiate. L'olio in pressione, che à ̈ spinto dalla pressione del circuito di lubrificazione di tipo noto nei motori a combustione interna, riempie la camera di accumulo 16, sempre direttamente in collegamento, per tutto l'arco di oscillazione della biella, con il canale adduttore 17 e la valvola limitatrice 18. La valvola à ̈ realizzata a sfera e con molla di contrasto, per la taratura di una pressione minima di apertura, in modo da assicurare a monte, cioà ̈ nell'accoppiamento tra i relativo bottone di manovella e la testa di biella una pressione sufficiente a mantenere il velo d'olio nel meato di lubrificazione della coppia rotoidale. Pertanto, solo un minima quantità dell'olio proveniente dal circuito di lubrificazione usuale sfugge al bordo del bottone di manovella, la maggior quantità viene spinta in pressione entro il canale assiale 17 verso il piede di biella 3. Raggiunta la pressione di taratura della valvola limitatrice 18 essa apre il passaggio dell'olio verso la camera di accumulo 16. Una diminuzione di pressione sotto al valore di taratura consente alla valvola di chiudere il passaggio ed assicurare la lubrificazione del bottone di manovella. Invece, permanendo una pressione dell'olio nel canale assiale 17 maggiore di quella di taratura della valvola limitatrice, l'olio continuerà a fluire verso il piede di biella e le superficie tra loro scorrevoli; l'olio, come detto, riempirà anche l'intercapedine anulare in funzione delle perdite che la stessa presenta, sia per i fori radiali 22 di lubrificazione del mantello 12, sia per i fori assiali 23 che scaricano l'olio nel carter del motore. Inoltre, nell'oscillazione della coppa 4 o 34 del piede di biella 3 il relativo bordo d'estremità 5 o 35 apre lo scarico attraverso l'apertura al centro dell'anello di ritegno 10 o 40 così da scaricare repentinamente l'olio dalla detta intercapedine anulare 21 e favorire anche il ricambio d'olio nella camera d'accumulo 16.

Così, nella conformazione del piede di biella 3 descritto la quantità d'olio che lo attraversa à ̈ molto maggiore di quanto avviene con le attuali forme costruttive d'accoppiamento tra biella e pistone nei motori endotermici noti. Cioà ̈ con la presente invenzione viene realizzato anche un flusso di olio lubrificante che, venendo a contatto con il cielo del pistone 8 o 38 e per conduzione dalla camera di combustione 15, ne asporta il calore che si genera ad ogni ciclo, permettendo di contenere le temperature delie parti del motore, in particolar modo del cielo del pistone.

Il meccanismo di antirotazione viene realizzato con due elementi interposti tra la coppa 34 del piede di biella e la superficie interiore 7 del cielo del pistone 31 ; essi elementi sono vantaggiosamente costituiti da una sfera 32 inserita in una sede 33 parzialmente sferica prevista nella suddetta coppa 34; ciascuna sfera rimane poi inserita in una rispettiva scanalatura radiale 36 cosi da consentire alla coppa, cioà ̈ alla biella 2, un moto di oscillazione sul piano definito dalle due scanalature radiali 36 allineate. Anche con il meccanismo di antirotazione si presentano scarichi repentini dell'olio di lubrificazione dalla intercapedine anulare 21 e notevole deflusso di olio dalla camera di accumulo 16.

In seguito alla realizzazione dell'accoppiamento tra pistone e biella perfezionata, più sopra descritto, nel dimensionamento del pistone si può adottare oltre alle note leghe di alluminio anche acciaio e od altri materiali, sia per la asportazione del calore generato nella combustione, sia per il disegno delle superficie di scorrimento che risultano ben lubrificate ed ampie, così da non correre il rischio di concentrazioni di pressioni herziane nel contatto limitato di realizzazioni attuali. Cioà ̈ il dimensionamento può risultare con spessori notevolmente minori di quanto à ̈ necessario utilizzando leghe in alluminio. Gli spessori minori consentono una sicura trasmissione del calore anche se l'acciaio notoriamente ha un coefficiente di conduzione del calore minore, ma ha un coefficiente di resistenza meccanica a caldo molto superiore, così lo spessore delle pareti del mantello e del cielo del pistone possono essere ridotte notevolmente senza perdere in affidabilità.

Un altro importante risultato à ̈ raggiunto con le caratteristiche di dilatazione tra le dimensioni a caldo ed a freddo del pistone. Nella tecnica nota l'uso dell'alluminio obbliga a mantenere dei giochi di accoppiamento tra pistone e camicia assai larghi per l'elevata dilatazione che le leghe di alluminio presentano. Utilizzando l'acciaio, con coefficiente di dilatazione a caldo rispetto alla dimensione a freddo assai basso, il pistone viene realizzato con giochi molto contenuti ed una conformazione cilindrica ben definita. Questo si traduce in una riduzione significativa dei giochi di accoppiamento del pistone nella canna: il funzionamento da freddo del motore produce molto meno incombusti e fumosità allo scarico, consentendo di raggiungere le più stringenti normative di riduzione dell'inquinamento emesso dai motori a combustione interna.

I vantaggi nella realizzazione ed uso di un pistone e biella perfezionata per l'impiego in motore a combustione interna, secondo l'invenzione più sopra descritta, sono evidenziati qui di seguito.

La conformazione dell'accoppiamento tra pistone e biella, con le superficie di scorrimento sferiche parziali, consente di realizzare dimensionamenti del manovellismo manovella, biella e pistone assai spinti e complessivamente più leggeri per motori di analoga cilindrata. La potenza ed il rendimento ottenibile risultano migliorati, in particolar modo per la complessiva leggerezza del manovellismo e per la specifica lubrificazione e raffreddamento del cielo del pistone. Inoltre, la forma costruttiva, sia per motori che richiedono la possibilità di rotazione del pistone sulla biella, sia per motori che richiedono l'impedimento alla rotazione tra biella e pistone, risulta molto simile cioà ̈ si possono produrre con le medesime procedure i due tipi di accoppiamento indifferentemente, in quanto la sola differenza degli elementi antirotazione, le sfere 32, le sedi 33, la conformazione della coppa 34, 35 e le scanalature radiali 36 può essere realizzata come ulteriore lavorazione partendo da piedi di biella e pistoni con lavorazioni finali del ciclo di lavoro.

In conclusione, i vantaggi più evidenti si realizzano con la riduzione dei giochi d’accoppiamento e profilo del pistone, molto più cilindrico in acciaio, nonché come conseguenza di ciò una riduzione di perdite di carburante incombusto nello scarico in ambiente; vantaggio che soprattutto viene evidenziato in fase di riscaldamento del motore, in quanto le realizzazioni attuali producono molto fumo, proprio perché con il pistone d’alluminio deve essere utilizzato un gioco d’accoppiamento e soprattutto un profilo del pistone (conicità) molto più accentuato in ragione proprio della maggiore dilatazione a caldo delle leghe d’alluminio rispetto all'acciaio.

Così, la maggiore resistenza meccanica, dell'acciaio nel pistone rispetto all'alluminio, permette maggiori potenze specifiche, quindi anche un migliore rapporto carburante/comburente verso miscele povere, che notoriamente generano più calore e temperatura in camera di combustione. In questo senso la possibilità, descritta nella presente invenzione, di raffreddare ulteriormente il cielo del pistone proprio in stretta vicinanza della camera di combustione, oltre alla migliore resistenza a caldo dell'acciaio, assicurano tale risultato.

Ovviamente, al pistone e biella perfezionata per l'impiego in motore a combustione interna, sopra descritta, un tecnico del ramo, allo scopo di soddisfare specifiche e contingenti esigenze, potrà apportare numerose modifiche, tutte peraltro contenute neH’ambito di protezione della presente invenzione quale definita dalle seguenti rivendicazioni. Così la valvola limitatrice 18 può essere realizzata con un otturatore mobile non a sfera.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Pistone (1 , 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, comprendente un piede di biella (3), dotato di una estremità (4, 34) conformata a coppa sferica (5, 35) concava sulla superficie interna (6), per l'accoppiamento in oscillazione con una superficie inferiore (7) di forma sferica convessa del cielo (8, 38) del pistone; la suddetta coppa sferica (5, 35) dotata di superficie sferica convessa esterna (9) e concentrica alla superficie interna sferica concava (6); un anello di ritenzione (10, 40) presenta una superficie interna sferica concava (11) accoppiata e scorrevole sulla suddetta superficie esterna sferica convessa (9) della suddetta coppa (5, 35); l'anello à ̈ a sua volta connesso in modo amovibile alla parte interna del mantello (12) del pistone (1, 31) mediante elementi di bloccaggio (13), agenti radialmente nel mantello; un canale assiale (17) nel corpo della biella convoglia l’olio lubrificante in pressione dal bottone di manovella; caratterizzati in ciò, che presenta il pistone (1 , 31) dotato di una camera di accumulo (16) realizzata nel cielo del pistone (8, 38) affacciata a detto canale assiale; una valvola (18) limitatrice, soggetta all'azione di una molla di carico, limita il deflusso dell’olio in pressione dal bottone di manovella ad un valore maggiore di un valore minimo di pressione verso la detta camera d'accumulo e le superficie d’accoppiamento in oscillazione.
2. 2 Pistone (1, 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, secondo la rivendicazione 1, in cui i suddetti elementi di bloccaggio (13) sono elementi inseriti in fori radiali nel mantello (12) del pistone (1, 31) distribuiti nell'arco completo della circonferenza del mantello.
3. 3 Pistone (1 , 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, secondo la rivendicazione 1, in cui l'anello di ritegno (10, 40) à ̈ realizzato in due metà accoppiate all'interno del mantello del pistone.
4. 4 Pistone (1 , 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, secondo la rivendicazione 1 , in cui la valvola a sfera limitatrice (18) presenta la pressione di apertura regolabile al valore di taratura previsto nello specifico impiego della biella (2).
5. 5 Pistone (1 , 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, secondo una delle rivendicazioni 1 , 2 o 4, in cui l'anello di ritegno (10, 40) à ̈ realizzato in due metà accoppiate all'interno del mantello del pistone; le due metà sono speculari (25, 55), suddivise su un piano assiale da un accoppiamento a scalino (26, 56) e con spina di riferimento (27, 57) tra loro.
6. 6 Pistone (1, 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, secondo una delle rivendicazioni 1 , 2, 3 o 4, in cui un meccanismo antirotazione reciproca tra la biella (2) ed il pistone (31) Ã ̈ realizzato con elementi interposti tra coppa (5, 35) e cielo del pistone (8, 38) allineati sul piano assiale di oscillazione reciproca, e scorrevoli, nell'oscillazione, nel piano di oscillazione della biella rispetto al pistone.
7. 7 Pistone (1, 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, secondo una delle rivendicazioni 1, 2, 3 o 4, in cui un meccanismo antirotazione reciproca tra la biella (2) ed il pistone (31) Ã ̈ realizzato con elementi a sfera (32) alloggiati in sedi (33), presenti nella superficie interna sferica concava (6) della coppa (5, 35), ed allineati sul piano assiale di oscillazione reciproca e scorrevoli, nell'oscillazione, entro scanalature radiali (36) allineate con il piano di oscillazione della biella rispetto al pistone, presenti nella superficie sferica inferiore convessa (7) del cielo (38) del pistone (31).
8. 8 Pistone (1, 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in un motore a combustione interna, secondo una delle rivendicazioni da 1 a 7, in cui il flusso d'olio di lubrificazione verso la camera di accumulo (16) esegue anche il raffreddamento delle pareti della camera di accumulo, realizzate vicine alla parete della camera di combustione (15) nel cielo del pistone (8, 38).
9. 9 Pistone (1, 31) e biella (2) perfezionata per l'impiego in motore a combustione interna, secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, in cui il pistone (1, 31) Ã ̈ realizzato in acciaio.
10. 10 Motore a combustione interna dotato di pistoni alternativi con accoppiamento di oscillazione tra pistone (1, 31) e biella (2) perfezionata realizzato secondo una delle rivendicazioni da 1 a 9 precedenti.