ITRM970396A1 - Unita' pistone-fodero per motore a combustione interna a pistoni alternativi - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: ''UNITA' PISTONE-FODERO PER MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA A PISTONI ALTERNATIVI''

L'invenzione concerne una unità pistonefodero per un motore a combustione interna a pistoni alternativi secondo il preambolo della rivendicazione 1.

Nelle unità pistone-fodero tradizionali di questo tipo, il sistema di lubrificazione della coppia di attrito formata dalla camicia del pistone, da un alto, e dalla canna, dall'altro lato, è parte di un circuito di lubrificazione del motore dove il lubrificante per l'unità pistone-fodero è aggiunto, ad esempio, al carburante oppure viene introdotto dall'esterno attraverso la canna. Quest'ultima possibilità è realizzata, in una unità pistonefodero indicata nella domanda di brevetto pubblicata DE 3607 420 Al, per mezzo di un segmento di parete della canna, strutturato in modo poroso, attraverso la quale il lubrificante viene alimentato ad alta pressione.

Nel brevetto US 4.846.051 e nella domanda di brevetto pubblicata EP 0330 323 A2 vengono proposti cosiddetti motori a combustione interna senza lubrificante in cui il sistema di lubrificazione per ciascuna unità pistone-fodero comprende una pellicola di gas sotto pressione tra la camicia del pistone e la canna. Questo film di gas viene limitato in senso assiale preferibilmente per mezzo di un lubrificante solido contenente grafite, disposto ad anello sulla camicia del pistone e/o sulla canna, il quale viene spinto da un materiale elastico posteriore radialmente nell'intercapedine tra la camica del pistone e la canna cilindro. In questo caso sono previsti incavi assiali atti a consentire un passaggio di gas assiale controllabile .

Nell'articolo di K. Raj e R. Moskowitz, Commercial Applications of Ferrofluids'', Journal of Magnetism and Megnetic Materials 85 (1990), pagina 233, è descritto l'impiego di cosiddetti ferrofluidi, fra l'alto per la formazione di un film di librificante in supporti, ad esempio, di memorie a dischi in calcolatori.

L'invenzione si prefigge, come problema, tecnico, l'approntamento di una unità pistone-fodero del tipo citato avanti che possiede un sistema di lubrificazione autonomo, affidabile, duraturo e privo di manutenzione.

L'invenzione risolve questo problema con l'approntamento di una unità pistone-fodero con i particolari della rivendicazione 1. In questa unità pistone-fodero, la lubrificazione avviene in modo autonomo per mezzo di un lubrificante disposto come lubrificazione permanente in una struttura superficiale a pori aperti con elevata affinità con il materiale di questa struttura. Questa struttura superficiale a pori aperti è prevista su uno o più segmenti di almeno un partner della coppia di attrito costituita dalla camicia del pistone e dalla canna cilindro in modo da poter rilasciare il lubrificante in essa contenuto in modo dosato nella fessura di attrito tra la camicia del pistone e la canna.

In una unità pistone-fodero ulteriormente sviluppata secondo la rivendicazione 2, sulla camicia del pistone e/o sulla canna si alternano, in direzione assiale, segmenti con struttura superficiale a pori aperti, contenente il lubrificante collocatovi, e segmenti senza pori a superficie liscia. In questo modo, la struttura porosa della superficie della camicia del pistone e/o della canna è interrotta da segmenti a superficie liscia in direzione della corsa del pistone, cosa che favorisce la formazione di un film di lubrificante idrodinamico nell'intercapedine tra la camicia del pistone e la canna.

In un ulteriore sviluppo dell'invenzione secondo la rivendicazione 3, come lubrificante è previsto un ferrofluido per la cui limitazione assiale sono disposti, assialmente, al di fuori dei segmenti della struttura superficiale a pori aperti in cui è disposto il ferrofluido, magneti permanenti anulari .

Una forma di esecuzione preferita dell'invenzione è rappresentata nei disegni e viene descritta in seguito. In essi:

La figura 1 mostra una mezza sezione longitudinale frammentaria di una unità pistonefodero per un motore a combustione interna a pistoni alternativi e

la figura 2 mostra una vista frammentaria in dettaglio della coppia di attrito costituita dalla camicia del pistone- e dalla canna dell'unità pistone-fodero della figura 1.

L'unità pistone-fodero rappresentata nella figura 1 contiene una canna (2) inserita in un blocco cilindri ( 1 ) del motore in cui un pistone, del quale è riportata soltanto la camicia (3) che interessa in questo caso, è condotto in modo di muoversi in sensoassiale parallelamente ad un asse di sollevamento (4). La canna (2) può essere raffreddata sul suo lato esterno radiale, per cui essa è avvolta in modo tradizionale da una camera di raffreddamento (5) corrispondente.

L'unità pistone-fodero possiede un sistema di lubrificazione autonomo e pertanto è adatto per un motore senza olio o comunque senza cambio di olio. A questo scopo, come lubrificante è previsto, come rappresentato dettagliatamente nella figura 2, un ferrofluido (6) nell'intercapedine di attrito (7) tra i partner di attrito costituiti dalla camicia del pistone (3), da un lato, e dalla canna 2, dall'altro lato. Come si vede dalla figura 1, il lubrificante di ferrofluido (6) viene limitato, su entrambi i lati, assialmente di volta in volta da un magnete permanente anulare (8a, 8b) che è inserito in aperture relative sulla camicia (3) del pistone.

Nella zona assiale tra i due anelli dei magneti permanenti {8a, 8b) che limitano il ferrofluido, la camicia (3) del pistone è costituita, come rappresentato nella figura 2, da un corpo portante interno, radiale, (3b) e da uno strato superficiale (3a) attiguo all'intercapedine di attrito (7). Questo strato superficiale (3a) è costituito, come indicato schematicamente nella figura 2, da segmenti (g) con una struttura superficiale a pori aperti, da un lato, e da segmenti (p) con struttura senza pori a superficie liscia, dall'altro lato, dove i due diversi tipi di segmenti {g, p) dello strato superficiale si alternano in successione in direzione assiale come segmenti di volta in volta anulari. Nei segmenti (g) a fori aperti è disposta una quantità, sufficiente come lubrificante permanente, di ferrofluido (6) impiegato come lubrificante con elevata affinità con il materiale di questi segmenti a pori aperti (g). Si vede che, comunque, una parte dei materiali usati per le camicie dei pistoni è adatta ad accogliere materiali di ferrofluido tradizionali, adatti come lubrificanti, con elevata affinità.

I segmenti (g) con struttura superficiale a pori aperti immettono in modo dosato il materiale di ferrofluido nella quantità di volta in volta necessaria alla lubrificazione nell'intercapedine di attrito (7). I segmenti (p) senza pori interposti provvedono, attraverso la loro superficie a superficie liscia, a fare in modo che la superficie della camicia del pistone non sia continuamente porosa in direzione assiale, cosa che renderebbe difficoltoso lo sviluppo di un film di lubrificante idrodinamico dal lubrificante di ferrofluido {6), ma alternano le zone anulari porose dei segmenti a pori aperti (g) con le zone anulari a superficie liscia dei segmenti (p) senza pori. Ciò favorisce la formazione di un film di lubrificante idrodinamico del lubrificante di ferrofluido (6) che riempie in modo continuo l'intercapedine di attrito (7).

La lunghezza assiale dei segmenti con struttura superficiale a pori aperti è adattata a quella dei segmenti (p) a superficie liscia senza pori, disposti alternativamente con questi, in modo che, da un lato, si possa introdurre sufficiente lubrificante di ferrofluido e, dall'altro lato, si possa garantire lo sviluppo di un film di ferrofluido idrodinamico continuo nell'intercapedine di attrito.

In questo modo, per l'unità pistone-fodero mostrata è realizzato un sistema di lubrificazione autonomo che non ha bisogno di manutenzione durante il periodo di vita tipico del motore, essendo incorporata nei segmenti (g) con struttura superficiale a pori aperti una sufficiente quantità di ferrofluido che, durante l'esercizio, viene erogata in modo dosato al'intercapedine di attrito (7) in modo che questa unità pistone-fodero sia adatta per un motore a combustione interna a pistoni alternativi senza circuito di lubrificante. E' evidente che, in caso di bisogno, i segmenti con struttura superficiale a pori aperti con lubrificante di ferrofluido incorporato in esso possano essere previsti alternativamente o in aggiunta alla disposizione indicata sulla camicia dei pistoni sulla canna (2).

Claims (3)

1. RIVENDICAZIONI 1. Unità pistone-fodero per un motore a combustione interna a pistoni alternativi con - una canna (2) e un pistone condotto in modo da muoversi assialmente in essa e - un sistema di lubrificazione per la coppia di attrito formata, da un lato, dalla camicia (3) del pistone e, dall'altro lato, dalla canna, caratterizzato dal fatto che la camicia (3) del pistone e/o la canna {2) presentano, almeno a segmenti, una struttura superficiale a pori aperti (g) in cui è incorporato un lubrificante con elevata affinità con il materiale della struttura superficiale a pori aperti come lubrificante permanente .
2. 2. Unità pistone-fodero secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che sulla camicia (3) del pistone e/o sulla canna (2) si alternano, in direzione assiale (4), segmenti (g) con struttura superficiale a pori aperti, contenente il lubrificante incorporato, e segmenti (p) a superficie liscia senza pori.
3. 3. Unità pistone-fodero secondo la rivendicazione oppure 2, caratterizzato dal fatto che il lubrificante è un ferrofluido (6) che viene limitato in direzione assiale su entrambi i lati da magneti permanenti anulari (8a, 8b) che sono integrati nella camicia (3) del pistone e/o nella canna (2).