ITRM990529A1

ITRM990529A1 - Sistema di erogazione di aria e di carburante per motori a combustione interna ad iniezione.

Info

Publication number: ITRM990529A1
Application number: IT1999RM000529A
Authority: IT
Inventors: William E Galka; Yukio Kitamura
Original assignee: Walbro Corp
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1999-08-23
Publication date: 2001-02-23
Also published as: JP2000097130A; ITRM990529A0; US6019075A; DE19939898A1; IT1309047B1

Description

Campo della invenzione

La presente invenzione si riferisce in generale ai motori a combustione interna e più particolarmente ad un sistema meccanico di miscelamento e di erogazione di aria e carburante per motori a combustione interna ad iniezione di carburante.

Precedenti della invenzione

Diversi sistemi di erogazione di carburante basati su dispositivi non elettronici e meccanici sono stati usati per alimentare quantità dosate di carburante ed aria a motori a combustione interna, a due tempi, ad iniezione di carburante. Questi sistemi presentano diversi vantaggi, inclusa la ridotta emissione di scarichi idrocarburici, il miglioramento della economia del carburante, un elevato livello di affidabilità ed un costo significativamente inferiore ai sistemi di erogazione di carburante ed aria a controllo elettronico.

Convenzionali carburatori sono spesso usati in sistemi di miscelamento ed erogazione di carburante ed aria a struttura meccanica per far fronte alle esigenze di carburante dei motori espresse nella forma di una miscela di carburante ed aria. Questa miscela di carburante ed aria viene alimentata ad un compressore ausiliario per la successiva iniezione nel motore. Tuttavia, la maggior parte dei carburatori di progettazione convenzionale utilizzano una valvola a farfalla per il controllo del flusso di aria attraverso il venturi, cosa che presenta un impatto negativo sulla efficienza del compressore a basse velocità, presenta una maggiore difficoltà per una precisa taratura della erogazione del carburante e richiede un movimento sincronizzato con la valvola dell'aria del motore che esige una modificazione della esistente connessione articolata della farfalla del motore. Un esempio rappresentativo di sistema di erogazione di carburante che descrive l'impiego di un carburatore convenzionale in un sistema meccanico di iniezione di una miscela è descritto nel brevetto Statunitense No. 5.271.372 e nel brevetto Europeo No. EP 073449 Al. Inoltre, alcuni carburatori convenzionali utilizzano più di un ugello di erogazione del carburante per alimentare il carburante dal carburatore, in modo da dosare la erogazione del carburante attraverso un ampio intervallo di condizioni di funzionamento del motore.

Sommario della invenzione

Un motore a combustione interna a due tempi presenta un dispositivo di dosaggio del carburante e dell'aria che utilizza un venturi senza strozzatura ovvero a foro aperto per aspirare il carburante dal dispositivo ed erogare una miscela di carburante ed aria ricca ad un compressore trascinato dal motore per la iniezione diretta della miscela ricca di carburante ed aria nel cilindro del motore. Un blocco a farfalla per l'aria del motore utilizza una convenzionale connessione articolata della farfalla del motore per controllare il flusso dell'aria nel basamento del motore e fornisce un segnale di pressione di aria positiva, specialmente per piccole aperture della farfalla, per agevolare il dosaggio del carburante nel dispositivo di dosaggio del carburante e dell'aria. Il segnale di pressione di aria positivo è preferibilmente fornito da una piccola apertura o luce nel blocco della farfalla per l'aria del motore leggermente a valle della valvola a farfalla e viene messo in comunicazione con il dispositivo di dosaggio del carburante e dell'aria per provocare una ulteriore erogazione di carburante dal dispositivo. Questo segnale di pressione di aria positivo migliora il dosaggio del carburante specialmente per il funzionamento del motore al minimo o in folle e per basse velocità del motore, quando vi è un lentissimo flusso di aria attraverso il venturi a foro aperto del dispositivo di dosaggio del carburante e dell'aria e quindi una bassa differenza di pressione in esso creata, che comporta altrimenti l'aspirazione di una piccola quantità del carburante attraverso il dispositivo.

Il dispositivo di dosaggio del carburante dell'aria presenta un ugello principale di alimentazione del carburante attraverso il quale il carburante viene aspirato da un serbatoio a pozzetto con galleggiante attraverso un piccolo pozzetto di carburante nel venturi a foro aperto, dove esso viene miscelato con il flusso di aria di immissione attraverso il venturi e viene erogato al compressore per la successiva iniezione nel motore. Il segnale di pressione di aria positivo viene preferibilmente trasmesso con il pozzetto del carburante che circonda l'ugello del carburante per aumentare il flusso del carburante attraverso l'ugello del carburante per il funzionamento al minimo del motore e per il funzionamento a basse velocità del motore. Una valvola di chiusura del carburante può essere posizionata a monte dell'ugello principale di alimentazione del carburante e può essere chiusa da un segnale di depressione fornito da una apertura o luce nel blocco della farfalla per l'aria del motore durante le condizioni di funzionamento nelle quali il motore viene trascinato oppure la decelerazione, in cui il motore opera ad elevate'velocità ma sotto bassi carichi e quindi presenta una bassa richiesta di carburante.

Il blocco della farfalla per l'aria del motore ed il dispositivo di miscelamento del carburante e dell'aria possono essere facilmente incorporati nei motori utilizzando un compressore ausiliario oppure altri mezzi simili per pressurizzare la miscela di carburante ed aria e per iniettare direttamente tale miscela nel cilindro del motore. Il blocco della farfalla per l'aria del motore può utilizzare la connessione articolata della farfalla per l'aria del motore già esistente e di struttura convenzionale per controllare il flusso dell'aria nella base del motore. Il dispositivo di miscelamento del carburante e dell'aria utilizza un venturi senza strozzatura o venturi a foro aperto per dosare il carburante sulla base del flusso dell'aria attraverso il venturi senza la necessità di una placca a farfalla, scorrevole, valvola a pistone oppure altro dispositivo di controllo dell'aria per consentire un flusso di aria senza strozzature nel compressore per tutte le velocità del motore, senza l'aggiuntiva complessità di connessioni articolate secondarie per valvole a farfalla per la sincronizzazione del flusso dell'aria fra il blocco a farfalla per l'aria del motore ed il dispositivo di miscelamento del carburante e dell'aria. Inoltre, il sistema viene facilmente calibrato per l'uso su motori di varie dimensioni per l'impiego attraverso l'ampia gamma di velocità del motore e di carichi sperimentata dai sìngoli motori.

Scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione comprendono la fornitura di un sistema meccanico di miscelamento ed erogazione di carburante ed aria che soddisfa le esigenze totali di carburante del motore attraverso un compressore ausiliario oppure altri mezzi per pressurizzare la miscela e per iniettarla nel cilindro del motore, è facilmente adattabile a vari tipi di motori a due tempi che utilizzano un compressore ausiliario per la pressurizzazione della miscela di carburante ed aria e per la sua iniezione nel motore, è facilmente adattabile a motori di varie dimensioni e per il funzionamento dei singoli motori attraverso un ampio intervallo di velocità, carico ed altre condizioni di funzionamento, migliora la efficienza del compressore, migliora la economia del carburante, le prestazioni del motore e l'avviamento del motore stesso, riduce le emissioni di scarico, utilizza la connessione articolata già esistente per la farfalla del motore senza la necessità di una connessione articolata secondaria per la farfalla, in modo da sincronizzare il flusso dell'aria fra la valvola a farfalla del motore d il dispositivo di miscelamento del carburante e dell'aria, presenta un singolo ugello di alimentazione del carburante, è affidabile, duraturo, di progettazione relativamente semplice ed economica fabbricazione e montaggio e presenta in servizio una lunga durata utile.

Breve descrizione dei disegni

Questi ed altri scopi, caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata delle preferite forme di realizzazione e del modo migliore per la sua realizzazione, dalle rivendicazioni allegate e dai disegni annessi, nei quali:

la figura 1 rappresenta una vista schematica di un motore a due tempi, ad iniezione diretta, a combustione interna, equipaggiato con un sistema di miscelamento ed erogazione di carburante ed aria, incorporante la presente invenzione, per erogare quantità dosate di carburante ed aria ad un compressore che pressurizza e successivamente inetta la miscela nel cilindro del motore;

la figura 2 rappresenta una vista in sezione schematica di un dispositivo di miscelamento di carburante ed aria del sistema della figura 1;

la figura 3 rappresenta una vista in sezione parziale di un blocco a farfalla per l'aria del motore nel sistema della figura 1;

la figura 4 rappresenta una vista in sezione parziale di una alternativa forma di realizzazione di un blocco a farfalla per l'aria del motore che può essere usato con il sistema della figura 1;

la figura 5 rappresenta una vista schematica del dispositivo di miscelamento del carburante e dell'aria della figura 2 con una valvola di chiusura del carburante rappresentata in una posizione chiusa;

la figura 6 rappresenta un grafico della grandezza del segnale rappresentativo della pressione dell'aria in conformità alla posizione della valvola a farfalla per un blocco a farfalla per l'aria del motore costruito in accordo con la figura 3.

Descrizione dettagliata delle preferite forme di realizzazione

Con riferimento in maggiore dettaglio ai disegni, la figura 1 illustra un sistema 10 di miscelamento ed erogazione di carburante ed aria per un motore a combustione interna a due tempi ad iniezione diretta 12 che fornisce una miscela ricca di carburante ed aria ad un compressore 14 che pressurizza la miscela per la successiva iniezione direttamente nella camera di combustione 16 del motore 12. Un dispositivo 18 di miscelamento di carburante ed aria presenta un venturi 20 a foro aperto senza strozzatura (figura 2) per aspirare il carburante dal dispositivo 18 in risposta al flusso dell'aria attraverso il venturi 20e per miscelare il carburante con l'aria che fluisce attraverso il dispositivo 18 ed erogare la miscela al compressore 14. Un blocco a farfalla 22 per l'aria del motore utilizza una convenzionale connessione articolata 24 per valvola a farfalla del motore per azionare la piastrina di valvola 30montata su un alberello di fulcro 31 per controllare il flusso dell'aria nel basamento 26 del motore e fornisce un segnale rappresentativo di pressione positiva di aria, specialmente per piccole aperture della farfalla in modo da agevolare il dosaggio del carburante nel dispositivo 18 di alimentazione dosata di carburante ed aria. Il segnale rappresentativo di pressione positiva di aria è preferibilmente fornito da una o più piccole aperture o luci 28 nei blocco a farfalla 22 per l'aria del motore, a valle di una valvola a farfalla 30, quando essa si trova nella posizione chiusa e viene messo in comunicazione con il dispositivo 18 di alimentazione dosata di carburante ed aria, per provocare la erogazione di una ulteriore quantità di carburante dal dispositivo 18. Questo segnale rappresentativo di pressione positiva di aria aumenta la quantità del carburante alimentata specialmente per il funzionamento al minimo del motore e per il funzionamento a basse velocità, quando vi è una lentissima portata di flusso di aria attraverso il venturi 20a foro aperto del dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante ed aria, in modo da migliorare così l'avviamento, il funzionamento al minimo del motore ed il funzionamento in condizioni stazionarie del motore 12 a basse velocità.

Il sistema 10 di miscelamento ed erogazione di carburante ed aria viene preferibilmente usato con un motore a due tempi, anche se il sistema può essere adattato all'uso con motori a quattro tempi. Il motore a due tempi, come rappresentato, presenta un corpo di cilindro 32 con un foro centrale 34 che riceve in modo scorrevole un pistone 36 per il movimento alternativo lineare fra .una prima posizione ed una seconda posizione nel cilindro, generalmente note come punto morto superiore 38 e punto morto inferiore 40. La testa 42 del cilindro viene fissata in adiacenza al bordo superiore del corpo 32 del cilindro per mezzo di diverse viti prigioniere 44. La testa 42 del cilindro ed il corpo 32 del cilindro possono essere connessi in altre maniere, per esempio, formandoli a corpo unico in un getto monopezzo. La camera di combustione 16 è definita fra la faccia superiore 46 del pistone 36, il corpo 32 del cilindro e la testa 42 del cilindro e la camera 26 del basamento è definita fra il corpo 32 del cilindro e la faccia inferiore del pistone 36. Una candela di scintillamento 50 si estende attraverso una apertura 52 nella testa 42 del cilindro ed all'interno della camera di combustione 46 ed è preferibilmente inclinata con un angolo acuto in modo da avere le estremità di accensione del suo elettrodo di scintillamento disposta generalmente in adiacenza al centro della testa 42 del cilindro. La testa 42 del cilindro presenta un'altra apertura passante 54 che accoglie un condotto di fluido 56 attraverso il quale la miscela ricca di carburante ed aria viene erogata alla camera di combustione 16. Il condotto 56 per fluido è preferibilmente un tubo di metallo o di materiale polimerico, per esempio un tubo di nylon con un diametro interno compreso circa fra 0,050 pollici e 0,250 pollici, pari a 0,127 e 0,635 cm.

Una valvola di iniezione 60 azionata a differenza di pressione è disposta in adiacenza alla testa 42 del cilindro e mette selettivamente il condotto 56 per fluido in comunicazione con la camera di combustione 16. La valvola ad iniezione 60 azionata da una differenza di pressione presenta uno stelo 62 che è alloggiato in un dispositivo di ritegno anulare 64 in adiacenza ad una estremità e preferibilmente una testa di valvola a tronco di cono 66 adiacente all'altra sua estremità per promuovere la dispersione della miscela di carburante ed aria che fluisce attraverso la valvola 60. Una molla 68 impegna l'organo di ritegno 64 per sollecitare la valvola 60 verso una posizione chiusa con la testa 66 della valvola che impegna saldamente la sede 70 prevista nella testa 42 del cilindro per la valvola, impedendo così il flusso della miscela di carburante ed aria nella camera di combustione 16.

Le forze che agiscono sulla valvola di iniezione 60 per aprirla e chiuderla sono la forza della molla, la pressione che si sviluppa all'interno della camera di combustione 16 e la pressione che si forma all'interno del condotto 56 per il fluido. La pressione della miscela di carburante ed aria in adiacenza alla valvola di iniezione 60 azionata da differenza di pressioni può variare tra circa 30 libbre per pollice quadrato (psi) e 160 libbre per pollice quadrato, pari a 2,1 e 11,2 kg/cm<2>. Pressioni inferiori a 30 libbre per pollice quadrato comportano una velocità troppo bassa dell'iniezione della miscela, cosa che provoca una coalescenza delle particelle del carburante ed una perdita di miscela, mentre pressioni di atomizzazione e di iniezioni superiori a 160 libbre per pollice quadrato hanno un impatto significativo sulla stabilità del flusso della miscela di carburante ed aria. Una conveniente valvola di iniezione è descritta nella domanda di brevetto Statunitense pendente No. Di serie 08/865787, la cui descrizione è citata nella presente nella sua interezza a titolo di riferimento.

La camera 26 del basamento alloggia un albero a gomiti 72 il quale viene azionato per ruotare dal movimento alternativo del pistone 36 attraverso una biella 74 collegata ad imperniamento al pistone 36 in una estremità e supportata in modo da ruotare su un gomito 75 dell''albero a gomiti 72 nell'altra estremità. Una puleggia dentata 76 è operativamente collegata all'albero a gomiti 72 per ruotare con esso ed è costruita in modo da ricevere ed azionare un organo 78 di trasmissione di forza motrice, per esempio una catena o cinghia di temporizzazione. Una apertura 80 di immissione di aria è prevista nella parete laterale 82 del basamento 26 e presenta una valvola 84, per esempio una valvola a linguetta una valvola rotativa, un disco girevole, una valvola a cassetto, una valvola di ritegno oppure una configurazione di luce per pistone in modo da permettere selettivamente il flusso dell'aria attraverso di essa. La valvola 84 permette il flusso nel basamento 26 ed impedisce il flusso di uscita da esso. Per mettere in comunicazione l'aria che si trova nel basamento 26 con la camera di combustione 16, un passaggio di trasferimento 86 è collocato nel corpo 32 del cilindro del motore che si estende nel basamento 26 e viene messo selettivamente in comunicazione con la camera di combustione 16 per mezzo del pistone 36. Quando il pistone 36 si muove in adiacenza alla posizione corrispondente al suo centro morto inferiore 40 nel cilindro il passaggio di trasferimento 86 viene aperto alla camera di combustione 16 e l'aria fluisce dal basamento 26 verso l'interno della camera di combustione 16 in modo da fornire aria fresca nella camera di combustione 16 ed agevolare lo spurgo o scarico dei gas di scarico dalla camera di combustione 16. Il successivo spostamento del pistone 36 che si allontana dalla posizione del suo centro morto inferiore 40 e si avvicina alla posizione 38 del centro morto superiore chiude la luce di trasferimento 86 per impedire il flusso dell'aria attraverso di essa.

Il compressore 14 comprende un cilindro secondario avente un corpo 90 una testa 92 fissata al corpo 90 del cilindro per mezzo di viti prigioniere 94 ed un pistone 96 ricevuto per il movimento alternativo lineare scorrevole all'interno del foro 98 del cilindro nel suo corpo 90. Il compressore 14 può essere montato all'esterno del corpo 32 del cilindro del motore ed i due corpi 32, 90 del cilindro possono essere connessi insieme oppure formati a corpo unico. Una camera di compressione 100 è definita fra la testa 92 del cilindro, una parete laterale 102 del corpo 90 e la faccia superiore 104 del pistone 96. In adiacenza al lato opposto del pistone 96, una camera 106 è definita con il corpo 90 del cilindro, la parete laterale.102 ed<' >il pistone 96. Una luce di immissione 108 attraverso la testa 92 del cilindro comunica con una apertura di uscita 110 del dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante e dell'aria attraverso un conveniente condotto 112. Una apertura o luce di uscita 114 formata attraverso la testa 92 del cilindro comunica con la camera di combustione del motore attraverso il condotto 56 del fluido e la valvola dì iniezione 60.

Per controllare il flusso della miscela di carburante ed aria dal compressore 14, una valvola di scarico o di sicurezza di compressione (non rappresentata) può essere disposta nel condotto 56 per il fluido in adiacenza alla apertura di uscita 114 del compressore 14 ed in comunicazione con la camera di compressione 100. La valvola di scarico di compressione permette un primo stadio di controllo di pressione del fluido scaricato dal compressore 14, con un secondo stadio di controllo della pressione fornito dalla valvola di iniezione 60 pilotata dalla differenza di pressione, la quale controlla il flusso della miscela di carburante ed aria nella camera di combustione 16 del motore 12. Questa soluzione a doppio stadio può fornire una perfezionata risposta del sistema ed un aumentato flusso di miscela attraverso la valvola di iniezione 60 comandata dalla differenza di pressione.

Una biella 120 è collegata fulcrata al pistone 96 del compressore in adiacenza ad una estremità, mentre, in adiacenza alla sua estremità opposta, è supportata in modo girevole su un occhio di manovella 121 dell'albero a gomiti 122 del compressore 14. Una puleggia dentata 126 è inchiavettata all'albero a gomiti 122 per ruotare insieme con esso ed è costruita in modo da ricevere la cinghia dentata 78 di trasmissione di forza motrice, ricevuta sulla puleggia dentata 76 del cilindro 32 del motore per ruotare con esso. Le pulegge 76 e 126 preferibilmente hanno lo stesso diametro effettivo, per cui il pistone 96 del compressore 14 viene trascinato con rapporto di uno-a-uno con il pistone 36 del motore 12, in modo da mantenere la sincronizzazione del funzionamento del motore 12 e del compressore 14 per ciascun ciclo del motore.

Il dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante e dell'aria è costruito in modo da erogare al compressore 14 una miscela ricca di carburante ed aria avente una quantità di carburante sufficiente per soddisfare la richiesta di carburante totale del motore 12. Come rappresentato nella figura 2, il dispositivo 18 di alimentazione dosata di carburante ed aria presenta un foro aperto 20 comunicante con un tamburo 130 per il carburante attraverso un ugello 132 di alimentazione del carburante, ricevuto nel pozzetto 134 del carburante in cui il carburante viene aspirato attraverso un getto di carburante principale 136 dal tamburo 130 per il carburante. Un galleggiante anulare 152 ricevuto intorno al pozzetto 134 del carburante galleggia nel carburante liquido nel tamburo 130 del carburante e controlla la immissione del carburante nel tamburo del carburante da una valvola a spillo (non rappresentata) per mantenere nel tamburo del carburante un livello di carburante sufficiente, a mano a mano che tale carburante viene consumato dal motore. Sull'altra sua faccia, il galleggiante 152 comunica con uno spazio 156 di aria, il quale viene messo in comunicazione con l'atmosfera attraverso una apertura di sfiato 156 nella parete laterale 158 del tamburo 130 del carburante. Una strozzatura venturi o porzioni di diametro ridotto 138 è preferibilmente formata nel foro 20 per aumentare la caduta di pressione attraverso l'ugello 132 di alimentazione del carburante, quando l'aria fluisce attraverso il venturi 138, anche se, in certe applicazioni, si può usare un foro rettilineo. Una valvola 140 di chiusura del carburante può essere fornita in adiacenza all'apertura di immissione 142 del pozzetto 134, in modo da permettere selettivamente il flusso del carburante nel pozzetto 134 dal tamburo 130 del carburante. La valvola 140 di chiusura del carburante è preferibilmente portata da un diaframma flessibile 144 la quale separa una camera di aspirazione o di depressione 146 dal carburante nel pozzetto 130 del carburante. Quando una sufficiente differenza di pressione si stabilisce attraverso il diaframma 144 e tende a spostare il diaframma 144 verso il basso, come rappresentato nella figura 5, una testa di valvola allargata 148 della valvola 140 di chiusura del carburante impegna una sede valvolare anulare 150 del pozzetto 134 del carburante in modo da chiudere l'apertura 142 di immissione al pozzetto 134 del carburante ed impedire un ulteriore flusso di carburante nel pozzetto.

Il foro aperto 20 è formato attraverso un corpo superiore 160 collegato al tamburo 130 del carburante in modo da chiudere l'estremità superiore del tamburo o della coppetta 130 del carburante. Il corpo 160 presenta una apertura 162 attraverso la quale l'ugello 132 del carburante viene applicato con accoppiamento forzato alla pressa oppure viene altrimenti ricevuto saldamente per posizionare l'ugello 132 nel foro 20 a valle del venturi 138. Durante il montaggio, un orlo 164 rivolto verso il basso del corpo superiore 160 ed una porzione cilindrica 166 della coppetta 130 del carburante definiscono il pozzetto 134 del carburante quando il corpo 160 e la coppetta 130 del carburante sono connessi. Una apertura 168 attraverso l'orlo estendentesi verso il basso 164 comunica con un passaggio di aria 170 formato nella coppetta 130 del carburante. Una pluralità di piccola apertura 172 sono formate nella porzione dell'ugello 132 del carburante ricevuta nel pozzetto 134 del carburante attraverso cui il carburante o l'aria nel pozzetto del carburante possono entrare nell'ugello 132 di alimentazione del carburante.

Come rappresentato nella figura 1, il blocco a farfalla 22 per l'aria del motore comprende un alloggiamento 180 disposto in adiacenza ad un passaggio 182 di immissione di aria del basamento 26 del motore ed avente un passaggio 184 di flusso dell'aria comunicante con esso ed una convenzionale valvola a farfalla 30 per l'aria del motore fissata su un alberello di fulcro 31 e per controllare il flusso dell'aria attraverso il passaggio 184 dì flusso dell'aria. La valvola a farfalla 30 presenta una posizione chiusa, sostanzialmente trasversale al flusso dell'aria attraverso il passaggio 184 di flusso dell'aria, in modo da impedire sostanzialmente il flusso dell'aria attraverso il passaggio 184 ed una posizione largamente o completamente aperta, generalmente parallela al flusso dell'aria attraverso il passaggio 184 di flusso dell'aria, che permette un flusso di aria sostanzialmente libero attraverso di esso. La valvola a farfalla 30 può essere collegata ad un convenzionale collegamento articolato 24 per la valvola a farfalla del motore, in modo da controllare il flusso dell'aria attraverso il blocco a farfalla 22 dell'aria del motore e nel basamento 26 del motore. Se il sistema 10 viene applicato come accessorio per un motore convenzionale già esistente, si può utilizzare la sua già esistente connessione articolata della valvola a farfalla.

Come rappresentato nelle figure 1 e 3, una piccola apertura o luce 28 è formata nel passaggio 184 di flusso dell'aria leggermente a valle della valvola a farfalla 30, quando si trova nella posizione chiusa. Preferibilmente, un tubo di pitot 188 è disposto nella apertura 28 con la sua apertura laterale 190 preferibilmente collocata generalmente in adiacenza alla parete 192 del passaggio 184 di flusso dell'aria e sboccante a monte verso la valvola a farfalla 30, in modo da comunicare con il flusso di aria ad alta velocità localizzato (indicato dalla freccia 193) attraverso la valvola a farfalla 30 per piccole aperture della farfalla. Il passaggio 194 del tubo di pitot 188 comunica con il pozzetto 134 del carburante attraverso il passaggio 170 nella coppetta 130 del carburante e la luce 168 attraverso l'orlo estendentesi verso il basso 164 del corpo superiore 160 per fornire un segnale rappresentativo di pressione positiva dell'aria al pozzetto 134 del carburante. Come rappresentato nella figura 6, il tubo di pitot 188 è costruito e disposto in modo da fornire un segnale di pressione relativamente elevata dell'aria quando la valvola a farfalla 30 è in adiacenza alla sua posizione chiusa, per esempio quando la valvola a farfalla 30 si trova fra una posizione di apertura al 2% ed una posizione di apertura al 30%, e fornisce un segnale rappresentativo di pressione decrescente fra le aperture del 30% e del 50% della valvola a farfalla, mentre un segnale indicativo di una pressione minima è fornito fra una posizione di apertura al 50% della valvola a farfalla e la posizione di apertura completa della valvola a farfalla 30.

Una apertura di aspirazione 196 formata nel passaggio 184 a valle della valvola a farfalla ed a monte della camera 26 del basamento comunica con la camera di aspirazione 146 del dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante e dell'aria attraverso un condotto 197 per spostare il diaframma e chiudere la valvola 140 di interruzione del carburante durante il funzionamento del motore oltre il punto fisso o nominale oppure durante la decelerazione del motore oppure altre condizioni di funzionamento, quando il motore 12 opera ad elevate velocità e sotto bassi carichi e richiede una minore quantità di carburante e perciò la valvola a farfalla è sostanzialmente chiusa. In queste condizioni di funzionamento del motore, una depressione viene generata nel basamento 26 del motore e viene comunicata attraverso l'apertura di aspirazione 196 del blocco a valvola 22 per l'aria del motore con la camera di aspirazione 146 per spostare il diaframma 144 in modo da chiudere la valvola 142, come rappresentato nella figura 5, e cosi evitare che ulteriore carburante venga aspirato nel pozzetto 134 del carburante dalla vaschetta o coppetta 130.

Come rappresentato nella figura 4, in una alternativa forma di realizzazione del complesso a farfalla 22' per l'aria del motore, una pluralità di aperture 28' possono essere fornite in adiacenza alla valvola a farfalla 30, invece del tubo di pitot 188, con almeno una apertura 28' posizionata leggermente a valle della valvola a farfalla 30, quando essa si trova nella condizione chiusa. La pluralità delle aperture 28' sono costruite e disposte in modo da fornire il segnale indicativo della pressione positiva dell'aria in maniera simile al tubo di pitot 188 del complesso a farfalla 22 per l'aria del motore, in modo tale che, per posizioni della valvola a farfalla fra una posizione di apertura al 2% ed una posizione di apertura al 30%, un segnale di pressione relativamente elevato viene fornito con un segnale decrescente fra le posizioni di apertura della valvola a farfalla fra il 30% ed il 50% successivamente viene fornito un segnale rappresentativo di pressione minima. Ciascuna della pluralità di aperture 28' viene collegata tramite un collettore 198 per comunicare con il pozzetto 134 del carburante attraverso un singolo passaggio 170'.

Funzionamento

La miscela di carburante ed aria nella camera di combustione 16 del motore 12 viene accesa dalla candela di scintillamento 50 e la successiva combustione del carburante aziona il pistone 36 del motore per il movimento alternativo nel cilindro 32 del motore. Il pistone alternativo 36 provoca la rotazione dell'albero a gomiti 72 il quale trascina l'albero a gomiti 122 del compressore attraverso la cinghia 78 e che concatena le pulegge 76 e 126.

L'albero a gomiti girevole 122 del compressore, come azionato dall'albero a gomiti 72 del motore, trascina il pistone 96 del compressore per il movimento alternativo nel corpo 90 del cilindro del compressore. Il pistone alternativo 96 del compressore genera una caduta di pressione nella sua corsa discendente (quando il pistone 96 del compressore si muove dalla posizione del suo centro morto superiore verso la sua posizione di centro morto inferiore) che aspira la miscela ricca di carburante ed aria dal dispositivo 18 di dosaggio del carburante e dell'aria attraverso l'apertura di immissione 108 e nella camera di compressione 100 del compressore 14. Quando il pistone 96 del compressore si muove dalla sua posizione di centro o punto morto inferiore verso la sua posizione di punto morto superiore, la miscela ricca di carburante ed aria nella camera di compressione 100 viene pressurizzata ed erogata attraverso il condotto 56 del fluido alla valvola di iniezione 60 azionata dalla differenza di pressione, in modo da essere iniettata nella camera di combustione 16 del motore.

Il dosaggio del carburante dal dispositivo 18 di dosaggio del carburante e dell'aria viene agevolato dalla caduta di pressione generata dal pistone alternativo 90 del compressore, il quale aspira l'aria attraverso il foro aperto 20 ed il venturi 138 del dispositivo 18. Il flusso dell'aria attraverso il venturi 138 crea una caduta di pressione a valle del venturi 138, che comunica con l'estremità aperta dell'ugello 132 di alimentazione del carburante nel foro aperto 20. A seguito di sufficienti portate di flusso dell'aria attraverso il venturi 138, una sufficiente differenza di pressione viene generata attraverso l'ugello 132 per aspirare sufficiente carburante dalla vaschetta 130 del carburante, attraverso il getto principale 136, nel pozzetto 134 del carburante ed attraverso l'ugello 132 di alimentazione del carburante, in modo da soddisfare la richiesta totale di carburante del motore 12. Il carburante scaricato dall'ugello 132 di alimentazione del carburante viene miscelato con l'aria che fluisce attraverso il foro aperto 20 e viene erogato alla camera di compressione 100 del compressore 14 come una miscela ricca di carburante ed aria.

La miscela ricca di carburante ed aria presenta un rapporto fra carburante ed aria superiore a quello ideale per la combustione e tipicamente il rapporto fra il carburante e l'aria nella miscela alimentata al compressore 14 è compreso nell'intervallo circa fra 1:2 e 1:12,5 fra carburante ed aria. I rapporti fra carburante ed aria attualmente preferiti per la combustione sono compresi nell'intervallo fra 1:12 e 1:18. Per portare la miscela ricca di carburante ed aria erogata dal compressore 14 alla camera di combustione 16 del motore 12 nel preferito intervallo per la combustione, ulteriore aria viene alimentata alla camera di combustione 16 dal basamento 26 del motore attraverso il passaggio di trasferimento 86 nel cilindro 32 del motore quando il passaggio di trasferimento 86 è aperto. La iniezione della miscela ricca di carburante ed aria è desiderabile perché consente che una sufficiente quantità di carburante venga iniettata attraverso un tempo di iniezione di breve durata, cosa che migliora il controllo sull'evento di iniezione per migliorare l'economia del carburante e ridurre le emissioni dal motore 12.

La valvola a farfalla 30 del complesso a farfalla 22 per l'aria del motore viene collegata alla connessione articolata 34 della valvola a farfalla del motore in modo da controllare il flusso dell'aria nel basamento 26 in risposta alle condizioni di funzionamento del motore. Per facilità di descrizione, la posizione della valvola a farfalla 30 sarà descritta in termini di percentuale della sua posizione di completa apertura, nel qual caso un'apertura della valvola a farfalla di 0% risulta uguale alla posizione di completa chiusura che impedisce sostanzialmente il flusso dell'aria attraverso il passaggio 84 ed una posizione della valvola a farfalla corrispondente al 100% di apertura è uguale alla sua posizione di completa apertura che permette un flusso di aria sostanzialmente senza ostacoli attraverso il passaggio 184.

Per una condizione di funzionamento al minimo del motore oppure per altre condizioni di funzionamento nelle quali il motore 12 opera a bassa velocità e sotto bassi carichi, la valvola a farfalla 30 è soltanto leggermente aperta oppure è aperta di una piccola percentuale (2-15%) in confronto con la sua posizione di completa apertura. Per tali condizioni di funzionamento ■del motore, il compressore 14 viene azionato a bassa velocità e quindi non genera una significativa caduta di pressione, che comporta una bassa portata del flusso di aria attraverso il venturi 138 del dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante e dell'aria. La bassa portata del flusso dell'aria attraverso il venturi a foro aperto 138 si traduce in una piccola differenza di pressione attraverso l'ugello 132 di alimentazione del carburante ed una insufficiente aspirazione di carburante attraverso il detto ugello 132 per il funzionamento del motore 12. Per aumentare la portata del flusso del carburante attraverso l'ugello 132 di alimentazione del carburante, il segnale di pressione positiva dell'aria dalla luce 28 e dal tubo di pitot 188 del complesso a farfalla 22 per l'aria del motore viene applicato al pozzetto 134 del carburante attraverso il passaggio 170 per spingere il carburante e l'aria attraverso l'ugello 132 di alimentazione del carburante e nel foro 20. Come precedentemente notato, il segnale di pressione positiva dell'aria è massimo in corrispondenza di piccolissime aperture della valvola a farfalla 30 ed è preferibilmente trascurabile oltre le aperture della valvola a farfalla che corrispondono a circa 50%. Come rappresentato nella 'figura 6, in una costruzione e disposizione del tubo di pitot 188, le posizioni della valvola a farfalla circa fra il 2,5% ed il 25% di apertura, forniscono un segnale di pressione positivo compreso circa fra 10 e 30 pollici di acqua (pari a 25,4 e 76,2 cm). Per posizioni della valvola a farfalla comprese circa fra il 25% ed il 50% di apertura si ottiene una diminuzione generalmente stazionaria della pressione del segnale dell'aria fino ad una pressione inferiore a 5 pollici, pari a 12,7 cm, di acqua per aperture della farfalla di circa 50% con un segnale di pressione trascurabile fornito fra le posizioni di apertura della valvola a farfalla corrispondenti al 50% ed al 100% di apertura. Questi valori sono soltanto rappresentativi; la grandezza del segnale di pressione varierà in differenti applicazioni e può essere tarata nella maniera desiderata.

Durante il funzionamento del motore a valori superiori al valore nominale o condizioni di decelerazione in cui il motore 12 opera per elevate velocità ma presenta una bassa esigenza di carburante, una significativa depressione viene sviluppata nel basamento 26 del motore che viene messo in comunicazioni attraverso il passaggio 184 con l'apertura di aspirazione 196 del complesso a farfalla 22 per l'aria del motore. L'apertura di aspirazione o di <‘ >depressione 196 comunica la depressione che si stabilisce nella camera di depressione 146 in modo da spostare il diaframma 144 ed azionare la valvola 140 di chiusura del carburante. Come rappresentato nella figura 5, per impedire che ulteriore carburante venga aspirato nel pozzetto 134 del carburante. Ciò riduce sensibilmente le emissioni di scarico del motore in queste condizioni di decelerazione. Ciò riduce anche le emissioni di vapori di idrocarburi dal dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante e dell'aria.

Perciò, il dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante e dell'aria ed il complesso 22 della valvola a farfalla per l'aria del motore, in combinazione, forniscono una miscela dosata di carburante ed aria al compressore 14, corrispondentemente alla richiesta di carburante del motore dal punto di avviamento e di funzionamento al minimo del motore fino a condizione di funzionamento in cui la valvola a farfalla è largamente aperta, nel qual caso il motore 12 presenta la sua massima richiesta di carburante. Il segnale di pressione positiva fornito per mezzo delle aperture 28, 28' nel complesso di valvola a farfalla .22 per l'aria del motore può essere regolato e tarato in modo da fornire strategicamente il segnale di pressione dell'aria tale da aumentare la erogazione del carburante dal dispositivo 18 di dosaggio del carburante e dell'aria fino alla appropriata quantità di carburante necessaria per il funzionamento stazionario del motore 12. Inoltre, il dispositivo 18 di alimentazione dosata del carburante e dell'aria ed il complesso 22 della valvola a farfalla per l'aria del motore possono essere facilmente adattati a vari motori compresi fra i motori molto piccoli per tagliaerba e per utensili da giardino manuali fino a motori di 500cc o più. Il sistema relativamente semplice 10 per il miscelamento e la erogazione di carburante ed aria può essere implementato a basso costo nei motori esistenti e fornisce una migliore economia di carburante, una maggiore efficienza del compressore, migliori prestazioni di avviamento e di funzionamento del motore attraverso un ampio intervallo di condizioni di funzionamento.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema per la erogazione di carburante ed aria per un motore a combustione interna a due tempi ad iniezione di carburante avente una camera del basamento, una camera di combustione ed un passaggio di trasferimento che mette la camera del basamento in comunicazione con la camera di combustione durante una parte della corsa del motore,-comprendente: un compressore azionato dal motore per pressurizzare una miscela ricca di carburante ed aria e per erogare la miscela ricca sotto pressione alla camera di combustione del motore a cui l'aria viene erogata dalla camera del basamento per supportare la combustione del carburante; un dispositivo di alimentazione dosata di carburante ed aria avente un passaggio per fluido con una apertura di immissione attraverso la quale l'aria fluisce nel dispositivo di alimentazione dosata del carburante e dell'aria ed una apertura di uscita comunicante con il compressore, un serbatoio di alimentazione di carburante, una apertura di immissione di carburante attraverso la quale il carburante viene aspirato nel serbatoio di alimentazione del carburante ed un ugello di alimentazione del carburante in comunicazione con il serbatoio di carburante e con il passaggio per il fluido a valle della apertura di immissione, in modo da aspirare il carburante dal serbatoio di alimentazione del carburante e somministrarlo nel passaggio del fluido in risposta all'aria che fluìsce attraverso il passaggio del fluido ed in modo da miscelare il carburante con l'aria che fluisce attraverso il passaggio del fluido per erogare al compressore una miscela ricca di carburante ed aria; un complesso di valvola a farfalla per l'aria del motore avente un alloggiamento, un passaggio per l'aria attraverso l'alloggiamento con una apertura di immissione attraverso la quale l'aria fluisce nell'alloggiamento ed una apertura di emissione attraverso la quale l'aria fluisce nella camera del basamento del motore, una valvola a farfalla disposta nel passaggio e spostabile da una posizione di completa apertura e che permette un flusso di aria sostanzialmente senza ostacoli attraverso il passaggio fino ad una posizione completamente chiusa che limita almeno sostanzialmente il flusso dell'aria attraverso il passaggio e nel basamento del motore ed almeno una apertura di emissione di aria a valle della valvola a farfalla, quando si trova nella sua posizione chiusa, comunicante con l'ugello di alimentazione del carburante del dispositivo di alimentazione dosata del carburante e dell'aria, per cui ciascuna apertura di uscita fornisce un segnale di pressione positiva dell'aria al dispositivo di alimentazione dosata di carburante ed aria, il quale varia in risposta alla posizione della valvola a farfalla così da variare il quantitativo di carburante scaricato dall'ugello di alimentazione del carburante per corrispondere alla richiesta di carburante del motore.
2. Sistema secondo la rivendicazione 1, il quale comprende anche una porzione a venturi di diametro ridotto nel passaggio del fluido a valle della apertura di immissione e costruita in modo da fornire una caduta di pressione attraverso l'ugello di alimentazione del carburante.
3. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui la pressione in ciascuna di dette aperture di uscita dell'aria è massima quando la valvola a farfalla si trova più vicina alla sua posizione di completa chiusura di quanto non si trovi rispetto alla sua posizione di completa apertura.
4. Sistema secondo la rivendicazione 3, in cui la posizione di completa apertura della valvola a farfalla è indicata come posizione di apertura al 100% e la posizione di completa chiusura è designata come posizione di apertura a 0% e la pressione in ciascuna apertura di emissione o di uscita di aria è massima fra le posizioni della valvola a farfalla comprese fra le posizioni di apertura al 2,5% ed al 30%,
5. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui la pressione massima del segnale dell'aria è compresa fra circa 15 pollici di acqua, pari a 38,1 centimetri, e 30 pollici di acqua, pari a 76,2 centimetri .
6. Sistema secondo la rivendicazione 4, in cui, per posizioni della valvola a farfalla comprese fra le posizioni corrispondenti circa al 50% ed al 100% di apertura, la pressione del segnale dell'aria è inferiore a circa 5 pollici di acqua, pari a 12,7 centimetri .
7. sistema secondo la rivendicazione 1, in cui è fornita una luce o apertura di uscita di aria ed un tubo di pitot è disposto nell'apertura di uscita dell'aria, avente una apertura laterale nel passaggio del fluido ed in immediata adiacenza ad una parete laterale del passaggio del fluido ed in comunicazione con un flusso di aria localizzato intorno alla valvola a farfalla, per piccolissime aperture della farfalla, ed una apertura di uscita comunicante con il dispositivo di alimentazione dosata del carburante e dell'aria.
8. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui sono fornite una pluralità di luci o aperture di uscite di aria ed un collettore mette ciascuna apertura di uscita di aria in comunicazione con una apertura di uscita comune per fornire il segnale di pressione positiva dell'aria al dispositivo di alimentazione dosata del carburante e dell'aria.
9. Sistema secondo la rivendicazione 8, in cui almeno una delle aperture di uscita dell'aria è disposta a monte della valvola a farfalla quando essa si trova nella sua posizione chiusa.
10. Sistema secondo la rivendicazione 1, la quale comprende anche una valvola di chiusura del carburante nel dispositivo di alimentazione dosata del carburante e dell'aria, costruita e disposta in modo da mettere selettivamente in comunicazione il serbatoio del carburante con l'ugello di alimentazione del carburante.
11. Sistema secondo la rivendicazione 10, il quale comprende anche una apertura o luce di depressione o aspirazione formata nel complesso della valvola a farfalla per l'aria del motore a valle della valvola a farfalla ed a monte del basamento del motore e costruita in certe condizioni di funzionamento del motore in modo da chiudere la valvola di interruzione del carburante ed impedire il flusso del carburante dal serbatoio del carburante all'<’>ugello di alimentazione del carburante.
12. Sistema secondo la rivendicazione 11, il quale comprende anche un diaframma nel dispositivo di alimentazione dosata del carburante e dell'aria che definisce una camera di aspirazione o di depressione su un lato ed una porzione del serbatoio del carburante sull'altro lato, la valvola di chiusura del carburante viene azionata dal diaframma e l'apertura di aspirazione comunica con la camera di aspirazione in modo da spostare il diaframma e chiudere la valvola di interruzione del carburante quando una sufficiente depressione viene generata nell'apertura di depressione.
13. Sistema secondo la rivendicazione 1, il quale comprende anche un pozzetto di carburante definito nel dispositivo di alimentazione dosata del carburante e dell'aria in comunicazione con il serbatoio del carburante e l'ugello di alimentazione del carburante ed il segnale di pressione positiva dell'aria viene fornito al pozzetto del carburante in modo da aumentare la quantità di carburante scaricata attraverso l'ugello di alimentazione del carburante.
14. Sistema secondo la rivendicazione 13, il quale comprende anche una pluralità di aperture nell'ugello di alimentazione del carburante in comunicazione con il pozzetto del carburante attraverso cui l'aria ed il carburante nel pozzetto del carburante entrano nell'ugello di alimentazione del carburante per essere scaricati nel passaggio del fluido.