"MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA BASATO SU UNA NUOVA CONCEZIONE DI ARCHITETTURA CHE PREVEDE PISTONI ROTANTI E SOLIDALI CON L’ALBERO MOTORE",
DESCRIZIONE
In questo capitolo si descrive questo nuovo tipo di motore nelle sue caratteristiche fondamentali. Si mostra la base della sua architettura di funzionamento senza entrare nei particolari di organi che, pur se necessari per il funzionamento complessivo, sono comuni nella tecnica motoristica come ad esempio le valvole (di aspirazione, di scarico, le fasce elastiche ecc.). Si esamina un motore con quattro pistoni e con un ciclo termodinamico a quattro tempi (in questo tipo di motore non à ̈ possibile il ciclo a due tempi). Nella fig. 1 della tavola 1 (la tavola 1 contiene le figure dalia 1 alla 8), à ̈ rappresentato l’insieme del motore con l'indicazione di alcuni componenti (particolari (A), (B), (C) e (D)), illustrati in figure successive. Nella fig. 2 à ̈ rappresentato il corpo principale (A) con l'indicazione delle asole passanti (particolari (1), (2), (3) e (4)). Nella fig. 3 à ̈ rappresentata una flangia laterale (B) che va accoppiata al corpo principale (le flangie laterali sono due, una destra e una sinistra, e sono simmetriche). Accoppiando le due flangie al corpo principale e montando la struttura dell’albero motore (C) rappresentato nella fig. 4, si ottiene la forma cava ad anello all’interno della quale si sviluppano i ripetuti cicli termodinamici (in questo caso, la forma dell’anello cavo à ̈ rettangolare come indica il particolare (15) della fig. 13 tavola 2, ma potrebbe avere altre forme). Nella fig. 4 dì tavola 1 , si nota che al corpo tubolare dell’albero motore sono ancorate delle protuberanze che costituiscono i pistoni (in questo caso quattro) che sono indicati dal particolare (6). Nelle figure successive (in fig. 10 e in fig. 11 di tavola 2; in fig. 15 di tavola 3; in fig. 18 e in fig. 19 di tavola 4), per distinguere i vari pistoni sono usate le sigle (6/1), (6/2), (6/3) e (6/4). Nella stessa fig. 4 si notano anche degli incavi a camma (particolare (7)), che governano la posizione delle levette (F), indicate nell fig. 8, e che permettono alle paratie (E), rappresentate nella fig. 7, di rimanere in posizione radiale per la realizzazione delle fasi del ciclo termodinamico, e di sollevarsi, mediante rotazione, solo nel momento in cui i pistoni devono oltrepassare la zona in cui esse si trovano. Le paratie (E) sono incernierate al corpo principale (A). Le levette (F) di fig. 8, sono incernierate e alloggiate negli incavi (particolare (5)) delie fiangie laterali (B) di fig. 3 e rimangono ai lati del percorso dei pistoni. Le paratie (E) e levette (F), sono rappresentate e indicate nelle figure 10 e 11 di tavola 2, nelle figure 15 e 16 di tavola 3 e nelle figure 18 e 19 di tavola 4. E’ evidente, dalle figure delle varie tavole, che le loro scale di rappresentazione, sono molto diverse, per esigenze illustrative. Le figure 5 e 6 della tavola 1 rappresentano la testa (particolare (D)) che sta a cavallo fra due settori o “cilindri temporanei†, contigui e delimitati dalle paratie (E). La fig. 5 mostra la testa vista dall’esterno mentre la fig. 6 la mostra all'interno. Come si vede la testa al suo interno à ̈ divisa in tre comparti o camere non comunicanti fra loro (particolari (12), (13) e (14) di fig. 6). La camera (12) abbraccia le asole (1) e (2) di fig. 2, regolate, in apertura e in chiusura, da due valvole i cui steli scorrono nei fori indicati rispettivamente con (1b) e (2b) di fig. 5, e comprende il foro (11) di fig. 5, sul quale può essere innestato l’organo di innesco della combustione o l’iniettore del combustibile. Comprende pure il foro (10) regolato da una valvola. La camera (14) à ̈ collegata con l’asola (3) di fig, 2, la quale à ̈ regolata, in apertura e chiusura, da una valvola il cui stelo scorre nel foro (3b) di fig. 5. La camera (14) comprende anche il foro (9) collegato allo scarico. La camera (13) à ̈ collegata con l’asola (4) di fig. 2, la quale à ̈ regolata, in apertura e chiusura, da una valvola il cui stelo scorre nel foro (4b) di fig. 5. La camera (13) comprende anche il foro (8) collegato all’aspirazione. La tavola 2 (che comprende le figure da 9 a 13) mostra in fig. 9 il profilo del motore con l’indicazione di due sezioni (AA e BB) fatte in corrispondenza degli assi di alcune valvole. La fig.
10 mostra la sezione AA in corrispondenza degli assi dei fori (2b) e (3b) di fig. 5 tavola 1, mentre la fig. 11 mostra la sezione BB in corrispondenza degli assi dei fori (1b) e (4b) della stessa fig. 5 di tavola 1. La tavola 2 contiene anche la fig. 12 che mostra la sezione CC del motore fatta in corrispondenza della paratia (E) (vedi fig. 7 di tavola 1) e indicata in fig. 11 , per far vedere che le protuberanze laterali delle paratie, sono alloggiate negli incavi (5) delle fiangie laterali (B) (fig. 3 tavola 1). In questi incavi (5), ruotano anche le levette (F) (fig. 8 tavola 1) che tengono fissate e premute le paratie contro dei fermi ricavati negli stessi incavi, tranne ne» rBbmenti di passaggio del pistone. La fig. 13 della tavola 2 mostra una sezione DD generica del motore (indicata in fig. 11), per far vedere la forma rettangolare (particolare 15) dell’anello cavo all'interno del quale ruotano i pistoni. Nel caso in esame, come ricordato in precedenza, la struttura cava toroidale all’interno delia quale ruotano i pistoni, e i pistoni stessi, hanno forma rettangolare, ma non à ̈ vincolante per il funzionamento. Le forme di queste strutture posso essere le più varie e possono essere scelte in base a criteri tecnico costruttivi. Si passa ora alla descrizione del funzionamento e dello sviluppo delle fasi del ciclo termodinamico. Le fasi del ciclo che si vedono nelle figure delle varie tavole, sono descrìtte con le lettere minuscole iniziali del nome della fase (a = aspirazione; c = compressione; e = espansione; s = scarico). La lettera che indica la fase à ̈ seguita da un numero che indica il settore o “cilindro temporaneo†in cui la fase si svolge. Tali settori o “cilindri temporanei†sono quattro come i pistoni e sono numerati in senso antiorario a partire dal primo in alto a sinistra. Quindi, ad esempio, (al) indica la fase di aspirazione che si svolge nel settore o “cilindro temporaneo†situato in alto a sinistra nella figura, e così via. Le figure 10 e 11 della tavola 2, rappresentano uno stesso istante visto su due sezioni diverse e quindi le fasi sono le stesse e i componenti si trovano nella stessa posizione su entrambe le figure. Il senso di rotazione dell’albero motore à ̈ antiorario come indica la freccia su entrambe le figure. In questo tipo di motore ogni pistone compie sempre due sole fasi (sempre le stesse) passando da un settore o “cilindro temporaneo†a quello successivo. Il pistone che lo segue compie le altre due fasi (anch’esso sempre le stesse). Ne segue la necessità che il numero di pistoni sia pari (2, 4, 6, 8, ecc.), anche se in teoria si può concepire un motore di questo tipo con un solo pistone. Nel caso in esame (quattro pistoni), i pistoni opposti svolgono le stesse fasi. Come si vede nelle figure 10 e 11 di tavola 2, il pistone (6/1) svolge la fase di compressione nella zona anteriore indicata dalla sigla (c4), e la fase di espansione nella zona posteriore indicata dalia sigla (e4) (i termini anteriore e posteriore sono riferiti al senso di rotazione dell’albero motore). Nella fase (c4) l’aria (o la miscela aria e combustibile) viene compressa nella camera (12) (fig. 6 tavola 1) della testa in alto, attraverso l’asola (1) con la valvola (1c) aperta (fig, 11 tavola 2). La fase di espansione (e4) nella parte posteriore del pistone (6/1) avviene perché nella camera (12) della testa laterale destra si à ̈ avuto l’innescd,,combustione e il gas si à ̈ espanso attraverso l’asola (2) con la valvola (2c) aperta (fig. 10 tavola 2). il pistone (6/2) che precede sulla sinistra il pistone (6/1), svolge invece la fase di aspirazione (al) nella parte posteriore e la fase di scarico (s1) nella parte anteriore. Nella fase (al) l’aria (o la miscela aria e combustibile) viene aspirata dalla camera (13) (fig. 6 tavola 1) della testa in alto, attraverso l’asola (4) con la valvola (4c) aperta (fig. 11 tavola 2). La fase di scarico (s1) avviene attraverso l’asola (3) con valvola (3c) aperta, che comunica con la camera (14) della testa laterale sinistra (fig. 10 tavola 2). Ogni testa ha quattro valvole due delle quali durante una fase sono aperte e le altre due sono chiuse. La descrizione delle fasi (c4) ed (e4) relative al pistone (6/1) sono valide anche per le fasi (c2) ed (e2) relative al pistone (6/3) contrapposto al (6/1). La stessa cosa si può dire delle fasi (al) ed (s1) relative al pistone (6/2) che sono identiche alle fasi (a3) ed (s3) relative al pistone (6/4), contrapposto al pistone (6/2). La tavola 3 mostra in fig. 14 il profilo del motore con l’indicazione di due sezioni (EE e FF) fatte in corrispondenza degli assi di alcune valvole. La fig. 15 mostra la sezione EE in corrispondenza degli assi dei fori (2b) e (3b) di fig. 5 tavola 1 , mentre la fig. 16 mostra la sezione FF in corrispondenza degli assi dei fori (1 b) e (4b) della stessa fig. 5 di tavola 1. Sia la fig.
15 che la fig. 16 mostrano un momento del periodo in cui ì pistoni passano nel tratto in cui si trovano le paratie (E) (fig. 7 tavola 1), le quali, dalla posizione radiale si sono spostate in una posizione tangenziale per lasciare passare i pistoni. Questo à ̈ possibile perché le levette (F) (fig. 8 tavola 1) hanno trovato l’incavo a camma sulla pista dell’albero motore (vedi particolare (7) di fig. 4 tavola 1) che ha permesso loro di ruotare fino a una posizione quasi radiale (la posizione finale delle levette (F) e delle paratie (E) à ̈ determinato da battute che permettono di mantenere agganciate le levette (F) alle paratie (E). Subito dopo questo istante le camme tornano a far ruotare le levette (F), rimaste agganciate alle paratie (E), in senso contrario fino a riportare le paratie (E) nella posizione radiale, permettendo di nuovo l’esecuzione delle varie fasi. Nel periodo mostrato dalle figure 15 e 16, tutte le valvole (1c), (2c), (3c), e (4c) sono chiuse (salvo eventuali sfasamenti). Rimangono aperte solo le valvole (1 Oc) delle teste in cui nella camera (12) (fig. 6 tavola 1) si à ̈ appena svolta la fase di espansione (nel caso specifico le teste laterali sinistra e destra nelle figuri 15 e 16 tavola 3). In questo breve periodo l’asola (10) (fig. 5 tavola 1) mette in comunicazione la camera (12) con lo scarico. Per il resto del periodo durante io svolgimento delle fasi termodinamiche le valvole (10c) rimangono chiuse (salvo eventuali sfasamenti che si rivelino necessari). La tavola 4 mostra in fig. 17 il profilo del motore con l’indicazione dì due sezioni (GG e HH) fatte in corrispondenza degli assi di alcune valvole. La fig. 18 mostra la sezione GG in corrispondenza degli assi dei fori (2b) e (3b) di fig. 5 tavola 1 , mentre la fig. 19 mostra la sezione HH in corrispondenza degli assi dei fori (1 b) e (4b) della stessa fig. 5 di tavola 1. Le figure 18 e 19 mostrano un istante nel quale tutti i pistoni si sono definitivamente portati nel settore o “cilindro temporaneo" successivo a quello in cui si trovavano nelle descrizioni precedenti. Gli stessi pistoni, nel settore successivo, svolgono le stesse due fasi termodinamiche che hanno svolto in quello precedente. Mentre nei vari settori o “cilindri temporanei†si svolgono le due fasi che non si erano svolte nel periodo precedente. Così, se confrontiamo le figure 10 e 11 della tavola 2 con le figure 18 e 19 della tavola 4 si può vedere che il pistone (6/1) che nelle figure della tavola 2 si trovava nel settore o “cilindro temporaneo†situato in alto a destra, dove svolgeva le fasi (c4) ed (e4), nelle figure delia tavola 4, si trova nei settore o “cilindro temporaneo" situato in alto a sinistra dove svolge le fasi (c1) ed (e1). Allo stesso modo il pistone opposto (6/3) che svolgeva le fasi (c2) ed (e2) nel settore o “cilindro temporaneo†situato in basso a sinistra, ora svolge le stesse fasi (c3) ed (e3) nel settore o “cilindro temporaneo†situato in basso a destra. Naturalmente una cosa analoga vale per i pistoni (6/2) e (6/4). Il pistone (6/2) che nelle figure di tavola 2 svolgeva le fasi (al) ed (s1), nelle figure di tavola 4 svolge le funzioni (a2) ed (s2). Il pistone (6/4) che nelle figure di tavola 2 svolgeva le fasi (a3) ed (s3), nelle figure di tavola 4 svolge le funzioni (a4) ed (s4). Mentre nei settori o “cilindri temporanei†che rimangono fissi, vengono svolte le funzioni alternative rispetto alle precedenti. Si può quindi dire che la descrizione delle fasi con le relative apertura o chiusura delle valvole fatta per le fig. 10 e 11 della tavola 2, valgono anche per le figure 18 e 19 della tavola 4, con l'avvertenza di spostare la descrizione del settore o “cilindro temporaneo", di 90° in senso antiorario. Si può anche affermare che nei vari settori o “cilindri temporanei†, si alternano tutte e quattro le fasi del ciclo (aspirazione, compressione, espansione e scarico). In questo tipo di motore, come giÃ
metà dei pistoni svolgono sempre due fasi del ciclo termodinamico e quel costituiscono l’altra metà , svolgono le altre due fasi, e questo avviene contemporaneamente all’interno dei settori o “cilindri temporanei†. Tutto ciò si ripete per ogni settore o “cilindro temporaneo†in cui à ̈ suddiviso il giro completo dell’albero motore. Se indichiamo con “N†il numero di pistoni e quindi anche dei “cilindri temporanei†, ad ogni giro dell’albero motore si svolgono {N/2)<*>N = (N<*>N)/2 cicli termodinamici completi. In un tradizionale motore alternativo a quattro tempi, il numero di cicli termodinamici completi per ogni giro dell’albero motore à ̈ N/2. Si può con ciò affermare che, prescindendo dai rendimenti e a parità di cilindrata, di rapporto di compressione e di altri parametri relativi al ciclo termodinamico, un motore di questo nuovo tipo e oggetto di questo brevetto, composto da N pistoni, equivale a un motore tradizionale alternativo a quattro tempi composto da (N<*>N) pistoni.