ITRM970801A1

ITRM970801A1 - Motore a combustione interna a piu' cilindri con raffreddamento a liquido

Info

Publication number: ITRM970801A1
Application number: IT97RM000801A
Authority: IT
Inventors: Jochen Betsch; Georg Stumpp
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1997-12-22
Publication date: 1999-06-22
Also published as: IT1297780B1; GB9726470D0; FR2757898A1; FR2757898B1; GB2320740A; US5868107A; DE19654451C1; GB2320740B

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: '’MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA A PIU' CILINDRI CON RAFFREDDAMENTO A LIQUIDO''

L'invenzione concerne un motore a combustione interna raffreddato a liquido corrispondentemente al preambolo della rivendicazione 1.

Nei motori a combustione interna del tipo in questione (vedi, ad es., DE-AS 1526 328) le viti della testa cilindri si estendono lungo cavità tubolari relative, le quali sono disposte tra il coperchio testa cilindri e la base testa cilindri e, oltre alla guida delle viti, hanno il compito di sostenere la base testa cilindri sul coperchio testa cilindri e quindi di aumentare la rigidezza della testata. Dopo l'avviamento del motore a combustione interna, la testa cilindri e il basamento si riscaldano più rapidamente delle viti della testa cilindri, dato che i primi vengono riscaldati molto rapidamente dall'acqua di raffreddamento, mentre le viti della testa cilindri, in genere molto lunghe, vengono riscaldate soltanto per conduzione termica dalla superficie di contatto sulla testa cilindri e tramite la filettatura. Ciò provoca un'isteresi temporale nell'andamento della temperatura tra le viti e gli elementi strutturali circostanti che, in caso di viti della testa cilindri plasticamente già serrati, provoca una riduzione di forza delle viti in caso di avviamento ripetuto del motore a combustione interna. Inoltre, le cavità tubolari delle viti impediscono il flusso attraverso la testa cilindri.

L'invenzione si prefigge il compito di ottenere un riscaldamento più veloce per le viti della testa cilindri atte a fissare la testa cilindri e il basamento in modo da ottenere, sostanzialmente, variazioni reversibili della forza delle viti.

Questo compito viene risolto, secondo l’invenzione, con i particolari indicati nella parte caratterizzante della rivendicazione 1.

Nella proposta secondo l’invenzione, intorno alle viti della testa cilindri circola, praticamente, acqua di raffreddamento su tutta la loro lunghezza e quindi dette viti vengono portate molto rapidamente alla temperatura degli elementi strutturali circostanti in modo che l'isteresi temporale citata si riduca al minimo. Scegliendo opportunamente la sezione trasversale del passaggio intorno alle viti della testa cilindri, ad esempio mediante opportuno dimensionamento dei diametri dei fori nella guarnizione della testa cilindri, attraverso i quali si estendono le viti della testa cilindri, si può ottenere, sia in direzione longitudinale della testa cilindri sia in direzione trasversale, cioè tra il lato di entrata e il lato di uscita, un raffreddamento ottimale di tutte le zone della testa cilindri con una portata minima della pompa dell'acqua. La rigidità della testa cilindri, altrimenti prodotta dalle cavità tubolari delle viti, viene ottenuta dalle costole longitudinali che, siccome si estendono in direzione longitudinale, non ostacolano il flusso longitudinale.

Preferibilmente, sul lato di scarico, le costole longitudinali sono realizzate a guisa di costole doppie che limitano un canale di raffreddamento longitudinale lungo il quale si estendono le viti della testa cilindri. Questo viene approviggionato di acqua di raffreddamento dal basamento attraverso le aperture nella guarnizione della testata percorse dalle viti della stessa. In questo caso, il grande gradiente di pressione tra il basamento e la testa cilindri viene utilizzato ora, tramite le zone delle camere d'acqua in cui si estendono le viti della testa cilindri, in modo mirato anche nella parte superiore della testa cilindri per un raffreddamento ottimale del lato di scarico sovrasollecitato termicamente della testa cilindri.

Un raffreddamento intensivo del duomo contenente una candela di accensione oppure un iniettore e della piastra di base della camera di combustione circostante può essere raggiunto per il fatto che le costole doppie si estendono di volta in volta tra i piani trasversali dispósti lungo duomi attigui, dove tra le costole doppie attigue viene lasciata una fessura di uscita per l'acqua di raffreddamento attraverso la quale il canale longitudinale è collegato, quindi, direttamente con la zona della camera dell'acqua di raffreddamento che cinge il duomo relativo. Grazie alla configurazione geometrica si ottiene, in questo modo, un afflusso mirato dall'alto.

Per ottenere un afflusso intensivo al duomo e, allo stesso tempo, un alteriore irrigidimento della testa cilindri si possono prevedere anche tra duomi attigui costole longitudinali che si estendono dalla base testa cilindri al coperchio testa cilindri. Un afflusso ottimale al duomo può essere ottenuto per il fatto che le costole longitudinali terminano ad una distanza dai duomi ottigui.

In un motore a combustione interna con due canali di uscita per cilindro, per il raffreddamento intensivo della nervatura tra i due canali di uscita si può prevedere, in particolare vicino alla punta della valvola di scarico, un foro di raffreddamento che, da un lato, è collegato con la camera dell'acqua di raffreddamento nella testa cilindri e, dall'altro lato, con la camera dell'acqua di raffreddamento nel basamento. Mediante appropriato strozzamento della sezione trasversale di adduzione nella guarnizione della testata si può produrre un gradiente di pressione che provoca l'afflusso intensivo desiderato alla piastra di base dal canale longitudinale.

Un esempio di esecuzione dell'invenzione viene descritto in seguito con riferimento ai disegni. In essi :

La figura 1 mostra una vista dall'alto di un motore a combustione interna in rappresentazione schematica dove, per motivi di chiarezza, è stata eliminata la parte superiore della testa cilindri con la camera di comando,

la figura 2 mostra una sezione lungo la linea 2-2 della figura 1 e della figura 6,

la figura 3 mostra una sezione lungo la linea 3-3 della figura 1 e della figura 6,

la figura 4 mostra una sezione lungo la linea 4-4 della figura 1 e della figura 6,

la figura 5 mostra una sezione lungo la linea 5-5 della figura 1 e della figura 6,

la figura 6 mostra una sezione lungo la linea 6-6 della figura 5.

Il motore a combustione interna rappresentato nei disegni mostra un basamento 1 e una testa cilindri 2 che poggia tramite una guarnizione 3 del basamento su detto basamento 1 ed è collegato con questo mediante viti 4. Il basamento 1 contiene, nell'esempio di esecuzione, quattro cilindri 5 e una camera di acqua di raffreddamento 6 alla quale viene inviata a pressione, attraverso un raccordo 7, acqua di raffreddamento da una pompa relativa non mostrata.

La testa cilindri 2 presenta una base 8, un coperchio 9 e pareti laterali esterne 10 e 11 nonché pareti frontali esterne non mostrate che limitano una camera di acqua di raffreddamento 12. La camera 12 dell’acqua di raffreddamento è attraversata, per ogni cilindro, da due canali di entrata 14 pilotati da valvole di ammissione 13 e da due canali di uscita 16 pilotati da valvole di scarico 15 e da un duomo 17 contenente una candela di accensione oppure un iniettore. I canali di entrata 14 partono dalla parete esterna 10 e i canali di uscita portano alla parete esterna 11. La camera 12 dell'acqua di raffreddamento è collegata, ad una estremità della testa cilindri 2, tramite fori 18 e 19 con la camera 6 dell'acqua di raffreddamento nel basamento 1 e, all'altra estremità è collegata tramite un raccordo di scarico 20 con la pompa dell'acqua di raffreddamento. La camera 12 dell’acqua di raffreddamento viene attraversata, in questo modo, in direzione longitudinale cioè, nella figura 1, da destra a sinistra, dall'acqua di raffreddamento .

Come si vede in particolare dalla figura 4, le viti 4 della testa cilindri si estendono liberamente attraverso le camera 6 e 12 dell'acqua di raffreddamento nel basamento 1 e rispetivamente nella testa cilindri 2.

In questo modo, esse vengono bagnate dall'acqua di raffreddamento e vengono portate rapidamente alla temperatura degli elementi strutturali circostanti. Attraverso la eliminazione delle usuali cavità tubolari si migliora l'attraversamento longitudinale della testa cilindri. La rigidezza della testa cilindri, altrimenti prodotta dalle cavità tubolari, viene raggiunta per il fatto che sul lato di uscita caldo nella camera 12 dell'acqua di raffreddamento sono previste, tra la base 11 della testa cilindri e il coperchio 10 della stessa, costole doppie 21, 22 che si estendono nella camera 12 dell'acqua di raffreddamento in direzione longitudinale della testa cilindri in modo da formare un canale di passaggio longitudinale 25 lungo il quale si estendono le viti della testata. Sul lato di entrata caldo è sufficiente un adeguato ingrossamento delle pareti dei canali di entrata per supportare i carichi delle viti della testa cilindri. Altre costole longitudinali 23 sono previste tra duomi attigui 17.

Per ottenere una rilevante comparazione della temperatura della testa cilindri 2 su tutta la sua lunghezza, la sua camera 12 dell'acqua di raffreddamento non è collegata con la camera 6 dell'acqua di raffreddamento nel basamento 1 soltanto attraverso i fori 18, 19 ma anche attraverso le aperture 24 adeguatamente dimensionate nella guarnizione 3 della testa attraverso le quali si estendono le viti 4 della testa cilindri. L'acqua di raffreddamento che nella figura 1 affluisce da sinistra nella camera 6 dell'acqua di raffreddamento del basamento 1 viene condotta, quindi, in parte anche attraverso le aperture 24 nella camera 12 dell’acqua di raffreddamento dove, dimensionando in modo diverso le aperture 24, si può dosare la quantità di acqua di raffreddamento alimentata ad ogni zona della testa cilindri. In questo modo, un raffreddamento particolarmente intensivo del lato esterno, termicamente sollecitato al massimo, viene raggiunto per il fatto che al canale longitudinale continuo 25 formato dalle costole doppie 21, 22 al di sopra dei canali di uscita 16, viene inviata acqua di raffreddamento direttamente dalla camera 6 relativa del basamento 1 attraverso le aperture 24. In questo caso, il gradiente di pressione tra la camera 6 dell'acqua di raffreddamento e il canale longitudinale 25 viene adattato, attraverso la sezione trasversale delle aperture 24 nella guarnizione 3 della testa, in modo che, malgrado il concetto di raffreddamento longitudinale, per ogni cilindro si ottengano rapporti di raffreddamento comparabili. Siccome le valvole di scarico 15 sono condotte in una costola 22 delle costole doppie 21, 22, si ottiene un raffreddamento supplementare delle guide di dette valvole di scarico.

Come mostra la figura 6, le costole doppie 21, 22 si estendono di volta in volta tra i piani trasversali disposti lungo duomi attigui 17, dove tra costole doppie attigue è lasciata una fessura 26 attraverso la quale il canale longitudinale 25 è collegato con la zona della camera 12 dell'acqua di raffreddamento che cinge il duomo 17 in questione. Siccome le costole longitudinali 23, come mostrato, terminano ad una distanza dal duomo, si ottiene un lavaggio del duomo e quindi un raffredamento intensivo dello stesso della base 27 della camera di combustione (Fig. 3). In particolare, attraverso l'afflusso dall'alto, proveniente dalla fessura 26 del canale longitudinale 25, il flusso viene concentrato verso il basso, provocando, in questo modo, un raffreddamento intensivo della piastra di base calda.

Per assicurare un buon raffreddamento della zona nervata tra i canali di uscita attigui, in essa è previsto un foro di raffreddamento relativo 28 {Fig. 3) che, a sua volta, è collegato con la camera 6 dell'acqua di raffreddamento con i reni esterni 30 delle camere d'acqua collegati con la camera 6 dell'acqua di raffreddamento nel basamento 1 attraverso aperture 29 nella guarnizione 3 della testata e, dall'altro lato, è collegato on il canale longitudinale 25 tramite la zona della camera 12 dell'acqua di raffreddamento che cinge il duomo 17 e attraverso la fessura 26. Dimensionando opportunamente le aperture 29 si può dosare e adattare la quantità di acqua di raffreddamento che affluisce, per questa via, nel foro 28. In questo modo si ottiene, per le zone calde sul lato di uscita, attraverso l'afflusso trasversale proveniente dalla fessura 26 e dal foro 28, malgrado il principio di flusso longitudinale, un raffreddamento ugualmente molto buono.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna a più cilindri con raffreddamento a liquido con un basamento (1) contenente una camera di acqua di raffreddamento(6) e con una testa cilindri (2) che, attraverso una guarnizione di testata (3), poggia sul basamento (1) e, tramite viti relative (4), è collegata con detto basamento e presenta una camera di acqua di raffreddamento (12) limitata da pareti laterali esterne (10, 11), da una base di testata (8) e da un coperchio di testata (9), la quale camera (12) è attraversata da canali di entrata(14) che portano ad una parete esterna (10) e da canali di uscita (16) che portano all'altra parete esterna (11) e, per ogni cilindro, è attraversato da un duomo (17) per una candela di accensione oppure per un iniettore ed è collegata, in diversi punti, tramite aperture nella guarnizione (3) della testata, con la camera (6) dell'acqua di raffreddamento nel basamento (1) e, ad una estremità, è collegata con uno scarico (20), caratterizzato dal fatto che le viti (4) della testa cilindri si estendono liberamente lungo le camere di acqua di raffreddamento (6 e rispettivamente 12) nel basamento (1) e nella testa cilindri (2), dal fatto che la camera (12) dell'acqua di raffreddamento nella testa cilindri (2) è collegata inoltre, attraverso le aperture (24) nella guanrizione (3) della testata, attraversate dalle viti (4) della stessa, con la camera (6) dell'acgua di raffreddamento nel basamento (1), e dal fatto che nella camera (12) dell'acqua di raffreddamento della testa cilindri (2) sono previste costole longitudinali (21, 22; 23) che si estendono in direzione longitudinale della testa cilindri tra la base (8) della testata e il coperchio (9) della stessa.
2. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che sono previste costole doppie (21, 22) che si estendono longitudinalmente nella zona dei canali di uscita (16), tra le quali le viti (4) della testa cilindri si estendono sul lato di uscita e limitano un canale longitudinale (25) al di sopra dei canali di uscita (16), il quale è collegato, attraverso le aperture (24) attraversate dalle viti (4) della testa cilindri, con la camera (6) dell'acqua di raffreddamento nel basamento (1).
3. Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che le costole doppie (21, 22) si estendono di volta in volta tra i piani trasversali disposti lungo il duomo attiguo (17) e, tra le costole doppie attigue, è lasciata una fessura (26) attraverso la quale il canale lognitudinale (25) è collegato con la zona della camera (12) dell'acqua di raffreddamento che cinge il duomo (17) in questione.
4. Motore a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che nella nervatura tra i canali di uscita (16) di ogni cilindro è previsto un canale trasversale {28) che, da un lato, è collegato con la camera (6) dell'acqua di raffreddamento nel basamento (1) e, dall'altro lato, è collegato con la zona della camera (12) dell'acqua di raffreddamento nella testata (2) che cinge il duomo 17.
5. Motore a combustione interna secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto che tra duomi (17) attigui sono previste costole longitudinali (23) che si estendono dalla base (8) della testa cilindri al coperchio (9) della stessa.
6 . Motore a combustione interna secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che le costole longitudinali (23) terminano ad una distanza dai duomi (17) attigui.