ITRM950664A1 - Motore a combustione interna a quattro tempi a rotazione contrapposta tra cilindro e albero motore - Google Patents

Abstract

Motore a combustione interna a quattro tempi privo di valvole, atto a trasformare energie chimica in energia meccanica generando un movimento rotatorio dell'albero motore, comprendente essenzialmente un carter o statore fisso 1 provvisto, in posizione opportuna, di almeno una luce di aspirazione 10, una luce di scarico 11 ed una candela 12, all'interno del quale ruota un disco 2 avente una camera cilindrica radiale 3 e rotante contemporaneamente assieme al disco 2, collegato all'albero motore 5 e disco 2 con camera cilindrica radiale 3 di senso contrario, ottenuto attraverso tre ingranaggi 7, 8 e 9, due dei quali solidali rispettivamente all'albero motore ed al detto disco ed uno intermedio di trasmissione solidale alla parte fissa del motore.

Description

DESCRIZIONE

dell'Invenzione Industriale dal titolo:

“Motore a combustione interna a quattro tempi a rotazione contrapposta tra cilindro ed albero motore"

DESCRIZIONE

Il presente trovato concerne un motore a quattro tempi, atto a produrre energia meccanica attraverso la combustione, comandata da una scintilla, di un carburante miscelato con aria in una camera di scoppio situata all'interno del motore stesso.

E' noto che per trasformare l'energia chimica di un combustibile in energia meccanica in grado di fornire una coppia motrice e' particolarmente utilizzato il motore a combustione interna con accensione comandata a scintilla, denominato comunemente motore a scoppio. Tale motore comprende, nella versione classica a quattro tempi, un pistone che si muove in senso alternato in un cilindro fisso e che, tramite un collegamento a biella, mette in rotazione l'albero motore a gomiti.

In testa alla camera di combustione sono situate almeno due valvole, una di aspirazione della miscela aria combustibile ed una di scarico dei gas combusti. L'apertura e la chiusura delle valvole e' comandata da un albero a camme, collegato con l'albero motore in modo da mantenersi in fase con esso.

Nei motori a benzina e' presente anche almeno una candela, che ha il compito di incendiare la miscela combustibile compressa dal pistone, attraverso lo scoccare di una scintilla tra due elettrodi.

Il ciclo completo di un motore a scoppio a quattro tempi avviene, come noto, nel susseguirsi delle fasi di aspirazione, compressione, espansione io scoppio) e scarico, durante le quali il pistone compie due movimenti di traslazione verso l'alto e due verso il basso e l'albero motore compie contemporaneamente due giri completi per un totale di 720°.

In questi due giri dell'albero motore l'unica fase attiva e' quella di espansione, che produce una rotazione dell'albero motore di soli 180°, gli altri 540° di rotazione sono costituiti da fasi passive. Nell'uso del motore a quattro tempi inoltre la gestione del movimento delle valvole introduce problemi tecnici costruttivi e complica i componenti del motore stesso, il fatto poi che l'area di passaggio di ogni singola valvola sia piccola rispetto al volume della camera di scoppio introduce notevoli resistenze nell'aspirazione della miscela combustibile e nello scarico dei gas combusti.

Per cercare di ridurre gli inconvenienti suddetti si e' studiato ed e' noto il motore a due tempi, che e' privo di valvole ed ha una fase attiva di espansione ogni 360°, cioè' ogni giro dell'albero motore.

Le valvole sono sostituite da due luci di aspirazione e scarico, che sono messe in comunicazione rispettivamente con il carter e la camera di scoppio dal movimento del pistone nel cilindro che con il proprio corpo le copre e scopre.

Attraverso poi una luce di travaso la miscela combustibile prende il posto dei gas di scarico nella camera di combustione.

In questo modo nel motore a due tempi si evitano i comandi delle valvole e si inglobano le fasi di aspirazione-compressione ed espansione-scarico.

Un altro motore noto privo di valvole e' il motore tipo WanKel. Esso conserva il consueto ciclo a quattro tempi, ma e' fornito anziché' di pistone, cilindro e valvole meccaniche, di un rotore triangolare eccentrico a lati curvi che ruota intorno ad un ingranaggio solidale all'albero motore. I tre apici del rotore rimangono costantemente in contatto con le pareti dello statore bilobato realizzando tre camere con forma, dimensioni e posizione continuamente variabili. Il ciclo completo a quattro tempi si esplica con il semplice sistema di ammissione e scarico a luci libere della miscela combustibile, con la stessa frequenza di scoppio di un motore a due tempi, ma con una fase attiva che dura per 270° anziché' per 180°.

Un grosso inconveniente riscontrato in questo motore consiste tuttavia nella difficile tenuta delle guarnizioni degli apici e del corpo del rotore contro le pareti dello statore che non garantiscono nel tempo una buona chiusura della camera di scoppio. Scopo della presente invenzione e' di eliminare o ridurre gli inconvenienti del motore a quattro tempi tradizionale e dei successivi perfezionamenti menzionati in precedenza.

In particolare scopo principale del trovato consiste nel realizzare un motore a quattro tempi privo di valvole e con luci di passaggio aventi superficie tale da non introdurre resistenze all'immissione della miscela combustibile ed allo scarico dei gas combusti .

Gli scopi sono raggiunti con la presente invenzione, quale essa e' caratterizzata dalle rivendicazioni, la quale risolve il problema di realizzare un motore a combustione interna a quattro tempi privo di valvole, atto a trasformare energia chimica in energia meccanica generando un movimento rotatorio dell'albero motore, comprendente essenzialmente un carter o statore fisso provvisto, in posizione opportuna, di almeno una luce di aspirazione, una luce di scarico ed una candela, all'interno del quale ruota un disco avente una camera cilindrica radiale, ed un pistone, traslante con movimento relativo alternato all'interno della camera cilindrica e rotante contemporaneamente assieme al disco, collegato all'albero motore a gomiti mediante una biella, essendo il movimento di rotazione relativo tra albero motore e disco con camera cilindrica radiale di senso contrario, ottenuto attraverso tre ingranaggi esterni, due dei quali solidali rispettivamente all'albero motore ed al detto disco ed uno ozioso intermedio di trasmissione solidale alla parte fissa del motore.

I vantaggi ottenuti mediante là presente invenzione consistono essenzialmente nel fatto che si superano i problemi di comando delle valvole perche' esse son sostituite da luci fisse; si evitano i problemi di limitazione del numero di giri dovuto al movimento delle valvole, perche' sono assenti; si può' ottenere almeno una fase attiva ogni giro dell'albero motore, essendo la rotazione relativa tra albero motore e disco con camera cilindrica pari almeno a 720° ogni 360° di rotazione assoluta dell'albero motore.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione piu' dettagliata esposta nel seguito con l'aiuto dei disegni che ne rappresentano almeno due modi d'esecuzione preferiti, illustrati a titolo esemplificativo e non limitativo.

La figura l rappresenta, in sezione longitudinale lungo l'asse dell'albero motore una prima variante di un motore a combustione interna a quattro tempi privo di valvole ed a rotazione contrapposta tra cilindro ed albero motore, realizzata conformemente alla presente invenzione.

La figura 2 rappresenta, in sezione trasversale lungo la linea II-II di figura 1, lo stesso motore.

La figura 3 rappresenta, in sezione trasversale, il motore di figura 2 in una sequenza schematica di funzionamento durante una rotazione completa di 360° del disco rotante con camera cilindrica radiale.

La figura 4 rappresenta, in sezione longitudinale lungo l'asse dell'albero motore, una seconda variante di un motore a combustione interna a quattro tempi privo di valvole ed a rotazione contrapposta tra cilindro ed albero motore, realizzata conformemente alla presente invenzione.

La figura 5 rappresenta, in sezione trasversale lungo la inea V- V di figura 4, lo stesso motore.

La figura 6 rappresenta, in sezione trasversale, il motore di figura 5 in una sequenza schematica di funzionamento durante una rotazione completa di 360° del disco rotante con camera cilindrica radiale.

Con riferimento ai particolari illustrati nelle figure, l'invenzione consiste in un motore a combustione interna a quattro tempi privo di valvole ed a rotazione contrapposta tra cilindro ed albero motore, atto a trasformare l'energia chimica di una miscela combustibile in energia meccanica attraverso la rotazione di un albero motore, comprendente essenzialmente almeno:

- un carter 1 o statore;

- un disco 2 con camera cilindrica radiale 3;

- un pistone 4 ;

- un albero a gomiti 5;

- una biella 6;

- ruote ad ingranaggi 7, 8 e 9;

- una luce di aspirazione 10;

- una luce di scarico 11;

- una candela 12.

In un primo modo d'esecuzione preferenziale dell'invenzione illustrato nelle figure 1 e 2 il carter o statore 1 e' fisso sui sostegni del motore e comprende almeno una sede cilindrica 13 forata assialmente con i fori 14 e 15 ed un alloggiamento adiacente 16 anch'esso forato, con il foro 17 posto in asse con i precedenti 14 e 15.

Sulla superficie laterale della sede cilindrica 13 si aprono almeno due luci IO e 11 collegate rispettivamente al condotto di aspirazione della miscela combustibile ed al condotto di scarico dei gas combusti.

Sulla stessa superficie e' collocato anche un alloggiamento per la candela 12.

All'interno della detta sede cilindrica 13 e' libero di ruotare, sfruttando le guide costituite dai fori 14 e 15, un disco 2, nel quale e' situata una camera cilindrica radiale 3, avente almeno un'estremità' aperta verso la superficie laterale della sede cilindrica 13.

In delta camera cilindrica radiale 3 e' inserito, e libero di ruotare insieme al disco 2 e di traslare contemporaneamente verso l'alto e verso il basso, un pistone 4, collegato, tramite una biella 6 ed un giunto a manicotto, ad un albero a gomiti 5, a sua volta libero di ruotare all'interno del foro 17 e dei mozzi del disco 2 inseriti nei fori 14 e 15.

Lo spazio compreso tra la testa del pistone 4, la parete cilindrica della camera 3 e la superficie laterale interna della sede cilindrica 13 costituisce il volume variabile della esimerà di scoppio.

Nell'alloggiamento 16 sono contenute almeno tre ruote ad ingranaggi 7, 8 e 9, solidali rispettivamente all'albero motore a gomiti 5, al mozzo del disco rotante 2 ed al carter fisso 1.

Completano il trovato dispositivi di tenuta a fascia elastica tra disco rotante 2 e sede cilindrica 13 e tra camera cilindrica radiale 3 e pistone 4, nonché' di lubrificazione, di raffreddamento, di comando dello scoccare della scintilla di accensione della miscela combustibile e di scarico dei gas combusti. Durante il movimento del motore oggetto della presente invenzione, per effetto dei componenti descritti in precedenza e dei rispettivi vincoli e connessioni, si possono distinguere quattro fasi legate al movimento relativo alternativo del pistone 4 all'interno della camera cilindrica 3 ricavata nel disco 2. Contemporaneamente pero' si possono evidenziare diversi movimenti assoluti dei vari componenti del motore.

Infatti in un riferimento solidale con il carter 1 quest'ultimo risulta fisso e l'albero motore 5 e l'ingranaggio 7 ruotano nello stesso senso. Attraverso il rinvio angolare costituito dai tre ingranaggi 7,8 e 9 il disco 2 ruota in senso opposto rispetto all'albero 5, cosi' come il pistone 4, che e' costretto a seguire la rotazione del disco 2, mentre effettua contemporaneamente il detto movimento alternativo di traslazione all'interno del cilindro 3 per effetto delle quattro fasi classiche del motore a quattro tempi.

Con riferimento in particolare alla figura 3 emerge che la fase di aspirazione si compie perciò' con una rotazione assoluta di 90° in un senso dell'albero motore 5 e di 90° nell'altro senso del disco rotante 2, di conseguenza il pistone 4 e' soggetto, oltre alla consueta traslazione verso il punto morto inferiore riferita al cilindro 3, anche ad una rotazione assoluta di 90° insieme al disco 2. Ciò' consente di avere il pistone nel punto morto inferiore con una rotazione assoluta di soli 90° dell'albero motore, anziché' di 180° come avviene usualmente nel motore a scoppio a quattro tempi perche' i restanti 90° sono forniti dalla controrotazione del disco 2 e del pistone 4 che riportano il movimento relativo dall'albero motore 5 rispetto alla posizione del pistone 4 ai classici 180° richiesti dal motore a quattro tempi. La fase di compressione prevede una ulteriore rotazione assoluta di 90° in un senso dell'albero motore 5 e di 90° nell'altro senso del disco rotante 2, l'albero motore 5 e' perciò' soggetto ad un ulteriore movimento relativo di 180° rispetto alla posizione del pistone 4 che ora si trova nel punto morto superiore, di nuovo uguale a quello del motore tradizionale a quattro tempi.

Le successive fasi di scoppio-espansione e scarico prevedono movimenti analoghi cosi' da far compiere, a fine ciclo, un movimento assoluto di 360° all'albero motore 5 ed un movimento assoluto sempre di 360° ma in senso opposto al disco rotante 2 con il risultato di ottenere un movimento relativo di 720° dell'albero motore 5 rispetto alla posizione del pistone 4.

In alternativa al motore illustrato nelle figure 1, 2 e 3 la candel a 12 , per comodi tà costruttive, può essere inserita nel disco rotante 2 o nel pistone 4. In una seconda variante illustrata nelle figure 4, 5 e 6 si evidenzia che e” possibile sostituire i tre ingranaggi tronco conici 7, 8 e 9 di rinvio angolare aventi tra loro rapporto 1:1 rispettivamente con una ruota dentata 7a solidale all'albero a gomiti 5, con una ruota dentata 8a a denti interni sempre solidale al mozzo del disco rotante 2 e con una ruota dentata oziosa 9a intermedia, in maniera tale da ottenere diversi rapporti di rotazione tra l'albero motore 5 ed il disco rotante 2.

In tal modo, inserendo nel carter 1 una pluralità' di candele 12 e di luci di aspirazione 10 e di scarico 11, e' possibile ottenere piu' di una fase attiva di scoppio-espansione ogni 360° di rotazione assoluta del disco 2, cosi' come evidenziato in un esempio di funzionamento con due candele di figura 6.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di realizzazione, i materiali impiegati, le dimensioni, ed i particolari di costruzione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato in funzione delle esigenze applicative, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna a quattro tempi a rotazione contrapposta tra cilindro ed albero motore, comprendente essenzialmente almeno un carter o statore 1, un disco 2 con camera cilindrica radiale (cilindro) 3, un pistone 4, un albero a gomiti 5, una biella 6, ruote ad ingranaggi 7, 8 e 9, una luce di aspirazione 10, una luce di scarico 11, una candela 12, caratterizzato dal fatto che il carter 1 o statore e' fisso ed e' costituito almeno da una sede cilindrica 13 all'interno della quale e ' libero di ruotare un disco 2 con camera cilindrica radiale 3 ospitante un pistone 4 collegato con una biella 6 ad un albero a gomiti 5 e da un alloggiamento adiacente 16 contenente tre ruote ad ingranaggi 7, 8, e 9 solidali rispettivamente all'albero motore a gomiti 5, al mozzo del disco rotante 2 ed al carter 1.
2. 2. Motore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che la sede cilindrica 13 e' forata assialmente con i fori 14 e 15 e l'alloggiamento adiacente 16 e' anch'esso forato, con il foro 17 posto in asse con i precedenti 14 e 15.
3. 3. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che sulla superficie laterale della sede cilindrica 13 si aprono almeno due luci 10 e 11 collegiate rispettivamente al condotto di aspirazione della miscela combustibile ed al condotto di scarico dei gas combusti ed un alloggiamento per la candela 12.
4. 4. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che all'interno della detta sede cilindrica 13 e' libero di ruotare, sfruttando le guide costituite dai fori 14 e 15, un disco 2, nel quale e" situata una camera cilindrica radiale 3, avente almeno un'estremità' aperta verso la superficie laterale della sede cilindrica 13.
5. 5. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che in detta camera cilindrica radiale 3 e' inserito, e libero di ruotare insieme al disco 2 e di traslare contemporaneamente verso l'alto e verso il basso, un pistone 4, collegato, tramite una biella 6 ed un giunto a manicotto, ad un albero a gomiti 5, a sua volta libero di ruotare all'interno del foro 17 e dei mozzi del disco 2 inseriti nei fori 14 e 15.
6. 6. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che lo spazio compreso tra la testa del pistone 4, la parete cilindrica della camera 3 e la superficie laterale interna della sede cilindrica 13 costituisce il volume variabile della camera di scoppio .
7. 7. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che nell'alloggiamento 16 sono contenute almeno tre ruote ad ingranaggi 7, 8 e 9, solidali rispettivamente all'albero a gomiti 5, al mozzo del disco rotante 2 ed al carter fisso 1.
8. 8. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la candela 12 può' essere inserita nel disco rotante 2 o nel pistone 4.
9. 9. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che e' possibile sostituire i tre ingranaggi tronco conici 7, 8 e 9 di rinvio angolare aventi tra loro rapporto 1:1 rispettivamente con una ruota dentata 7a solidale all'albero a gomiti 5, con una ruota dentata 8a a denti interni solidale al mozzo del disco rotante 2 e con una ruota dentata 9a intermedia, in maniera tale da ottenere diversi rapporti di rotazione tra l'albero motore 5 ed il disco rotante 2.
10. 10. Motore secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che inserendo, nel carter 1 una pluralità' di candele 12 e di luci di aspirazione 10 e di scarico 11, e' possibile ottenere piu' di una fase attiva di scoppio-espansione ogni 360° di rotazione assoluta del disco 2.