ITRM20070302A1 - Modifica del manovellismo interno di motori endotermici allo scopo di aumentare la efficienza - Google Patents

Description

? Modifica del manovellismo interno di motori endotermici alternativi con funzionamento a ciclo due o quattro tempi, di qualsiasi cilindrata, mono o pluricilindrici, avente lo scopo di incrementare l efficienza meccanica e termica degli stessi, diminuire il consumo di carburante e aumentarne la potenza.

DESCRIZIONE

La potenza di un motore endotermico alternativo è proporzionale alla quantità in peso, della miscela aria-carburante che viene introdotta nei cilindri nella unità di tempo.

Come è noto per rendimento volumetrico di un motore endotermico alternativo destinato a motocicli, autovetture, applicazioni modellistiche, ecc. si intende, durante la fase di aspirazione, il rapporto tra il volume di aria-carburante introdotto ed il volume generato dalla corsa del pistone altrimenti detta cilindrata in c.c. o litri. Ad esempio, se un motore della cilindrata di 1000 c.c. (un litro) durante la fase di aspirazione introduce nel cilindro un volume di aria carburata di 800 c.c. il rendimento volumetrico sarà di 800 diviso 1000 ovvero uguale a 0,8.

Nel corso degli anni è stato abbastanza facile, per i motori a 4 tempi, migliorare il rendimento volumetrico, prima spiegato, applicando dei compressori di vario tipo mossi meccanicamente dai motori stessi, aventi lo scopo di introdurre a pressione la miscela aria-carburante nei cilindri durante la fase di aspirazione. Attualmente vengono impiegati con successo turbocompressori mossi non più meccanicamente ma dalla energia dei gas di scarico del motore stesso.

Con tale sistema si è arrivati anche a valori notevolmente superiori alla unità del rendimento volumetrico con conseguente aumento della potenza.

Nei motori a ciclo 2 tempi il discorso è notevolmente diverso.

Come è noto in detti motori, ove ovviamente, il ciclo completo che si svolge in un solo giro dell’albero motore si sviluppa come segue: il pistone al punto morto superiore viene violentemente sollecitato dalla pressione generata dalla combustione, a muoversi verso il punto morto inferiore, costituendo così la fase attiva del motore. Quando il pistone si trova in prossimità del punto morto inferiore, sulla parete del cilindro comincia a scoprirsi la luce di scarico e subito dopo comincia a scoprirsi la luce di travaso.

Logicamente la luce di scarico serve ad eliminare i gas combusti che con la propria pressione residua si trasferiscono purtroppo non completamente all’ esterno, mentre attraverso la luce di travaso la miscela fresca si trasferisce dal carter all’interno del cilindro.

Durante la fase di risalita del pistone o fase di compressione, il pistone stesso svolge due compiti: il primo è quello di comprimere la miscela nella camera di scoppio e simultaneamente creare una depressione nel carter avente lo scopo di fare entrare nel carter stesso la miscela fresca attraverso il carburatore.

Durante la fase di scarico-travaso in prossimità del punto morto inferiore si verifica un contrasto tra la pressione residua dei gas combusti e la pressione di travaso proveniente dal carter.

Naturalmente ciò determina la impossibilità di raggiungere il valore unitario del rendimento volumetrico a causa di un certo residuo di gas combusti che si miscelano con la miscela fresca.

Sorvoliamo la descrizione dell’uso di speciali marmitte di scarico a cosiddetta risonanza perché esse sono molto utili, è vero, a risolvere quasi totalmente- il problema sopra illustrato ma esse sono utili soltanto per un regime fisso di rotazione del motore.

Per un motore normale al quale si richiede quasi sempre un regime variabile di rotazione viene spontaneo pensare che basterebbe incrementare il rapporto di compressione di carter per incrementare così la pressione nella fase di travaso e quantitativamente la miscela fresca all’interno del cilindro.

Purtroppo data l’architettura interna dei normali motori a due tempi non è possibile alcuna diminuzione del volume di carter escludendo così ogni possibilità di aumentare il relativo rapporto di compressione.

La modifica oggetto del presente brevetto offre la possibilità semplicemente e concretamente di diminuire il volume interno del carter e quindi fornendo la possibilità di aumentare il rapporto di compressione, appunto, di carter.

Ciò avviene perché, la biella, invece di muoversi in maniera pendolare si muove in modo perfettamente rettilineo lasciando liberi i due spazi laterali interni al carter che, una volta occlusi, meccanicamente, riducono notevolmente il volume interno del carter stesso.

Come si osserva in tavola 1 - Figura 1 e 2 viene utilizzato un ruotismo epicicloidale in cui il diametro primitivo dell ingranaggio satellite è esattamente la metà del diametro primitivo della corona a dentatura interna solidale con il carter.

Un punto della circonferenza primitiva del satellite, quando questo rotola allo interno della corona dentata, percorre con moto alternato ima retta che coincide con il diametro primitivo della corona stessa.

In realtà esistono due alberi motori, vedi Tavola 1 - Figura 3, uno principale (7) destinato a trasmettere il moto alla utilizzazione esterna, e uno secondario (6) al quale è affidato il compito di rotolare al interno della corona dentata tramite il satellite dentato (1). Con ciò si ottiene la trasformazione del moto del perno di manovella ad esso solidale da rotatorio a rettilineo alternato.

Ovviamente la lunghezza della retta in cui si muove la biella rappresenta la corsa del pistone.

La figura 3 di Tavola 1 illustra chiaramente la realizzazione pratica della modifica oggetto del presente brevetto.

È bene precisare che la velocità angolare dell’albero secondario 6 (fig. 3) Tavola 1 è identica a quella dell’albero principale. Negli attuali motori endotermici alternativi il movimento pendolare della biella non permette di utilizzare al 100% l’energia fornita dal pistone durante la fase attiva di espansione.

L’ing. Dante Giocosa, noto progettista per decenni, dei motori FIAT, ricorda nel suo volume “Motori endotermici” che la forza totale F (vedi Tavola 2 - Figura 1) che in un dato istante agisce sul pistone, si divide in due componenti, una Fb agente lungo l’asse della biella, la seconda N, che agisce normalmente all’asse del cilindro provocando una spinta laterale sul pistone e quindi una resistenza di attrito al moto di questo, causando di conseguenza una perdita di potenza del motore tanto maggiore quanto maggiore è l’inclinazione della biella.

La perdita di potenza sopra menzionata può raggiungere in alcuni casi il 20%circa della forza totale che agisce sul pistone.

Inoltre la componente N invertendo il senso ogni mezzo giro dell’albero motore è causa di notevoli vibrazioni dell’intero motore (Tavola 2 - Figura 2).

La modifica dell’imbiellaggio, oggetto del presente brevetto elimina totalmente gli inconvenienti descritti.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1) il movimento della biella ottenuto applicando la modifica oggetto del presente brevetto e cioè non più pendolare ma rettilineo, non ingombrando più i due spazi laterali, in fondo al carter, permette di ottenere una sensibile minore cubatura dello stesso e di conseguenza un maggiore rapporto di compressione di carter e quindi di raggiungere una maggiore pressione durante la fase di travaso con conseguente aumento della potenza del motore.
2. 2) La eliminazione della componente laterale N causata dalla inclinazione della biella ha per risultato la eliminazione delle perdite di potenza del motore, perdita causate dallo attrito del pistone contro il cilindro.
3. 3) La eliminazione della componente laterale N permette una migliore lubrificazione tra le due superfici pistone-cilindro.
4. 4) La eliminazione della componente N ha anche come risultato la eliminazione della ovalizzazione della sezione trasversale del cilindro ovalizzazione causata dalla spinta laterale del pistone. Detta ovalizzazione, col passare del tempo di funzionamento del motore, è stato sempre causa di inconvenienti come perdita di tenuta del pistone con perdita di potenza, rottura di fasce elastiche, ecc.
5. 5) La modifica oggetto del presente brevetto è applicabile facilmente a pompe idrauliche monocilindriche in quanto una variazione della posizione angolare della corona dentata internamente corrisponde una variazione della corsa del pistone e quindi della portata della pompa stessa.
6. 6) In ogni caso la modifica oggetto del presente brevetto è utilmente applicabile a qualunque tipo di utensile alternativo in quanto è possibile variare la corsa dell’utensile stesso come esposto al pun