ITRM990595A1 - Sistema di lavaggio unidirezionale, in particolare per motore a due tempi. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale avente per titolo:

"Sistema di lavaggio unidirezionale, in particolare per motore a due tempi"

La presente invenzione riguarda un sistema dì lavaggio unidirezionale,, in particolare per motore a due tempi.

Più in particolare, l'invenzione riguarda un sistema di lavaggio del tipo detto che consente di ovviare agli inconvenienti tipici dei sistemi di lavaggio per motori a due tempi di tipo noto.

Come è ben noto, le ragioni della limitata diffusione del motore a due tempi, eccettuato il campo dei motori di piccolissima potenza ad accensione comandata, è da ricercarsi eminentemente negli elevati consumi specifici, ben superiori a quelli dei motori a quattro tempi ad accensione comandata o a ciclo diesel, nonché nella elevata emissione allo scarico di composti inquinanti, in particolare idrocarburi e CO.

Si tratta di problematiche connesse principalmente con il tipo di espulsione dei residui della combustione dal cilindro, che in questo tipo di motore deve avvenire in tempi molto brevi, in quanto tutto il ciclo a due tempi si conclude in 360° di rotazione dell'albero motore.

L'espulsione dei prodotti della combustione dal cilindro avviene con la fase di "lavaggio" del cilindro, durante la quale getti di aria (o aria più combustibile nel caso di motore a carburazione) vengono immessi all'interno del cilindro, mentre è in atto la fase di scarico spontaneo dei gas combusti.

Nel passato sono stati ideati diversi sistemi per rendere più efficiente e completa l'espulsione dei gas combusti attraverso lo scarico, cercando di intrappolare la maggiore quantità possibile di gas freschi all'interno del cilindro.

Nella allegate figure da 1 a 5 sono mostrate alcune soluzioni specifiche della tecnica anteriore relative a sistemi di lavaggio.

In particolare, in figura 1 è mostrato un lavaggio con deflettore, in figura 2 un lavaggio SchnUrle, in figura 3 un lavaggio Schntlrle a tre luci, in figura 4 un lavaggio unidirezionale a due cilindri contrapposti, e in figura 5 un lavaggio unidirezionale con scarico a mezzo valvole comandate.

Un sesto tipo di lavaggio noto nella tecnica, non illustrato, è il lavaggio unidirezionale con due cilindri paralleli con luci di lavaggio in un cilindro e luci di scarico nel cilindro affiancato con albero motore a due bielle e diagramma asimmetrico .

E' importante considerare come la massa di gas fresco intrappolato alla chiusura delle luci di scarico, sia maggiore nel caso dei sistemi di lavaggio mostrati nelle figure 4 e 5, in quanto si elimina il pericolo della cortocircuitazione fra luce di lavaggio e luce di scarico, ed inoltre perché è possibile far chiudere la luce di scarico, prima, o contemporaneamente, o subito dopo la luce di lavaggio, impedendo la fuoriuscita di gas fresco dallo scarico, quando la luce di lavaggio è chiusa. In altre parole, è possibile realizzare un diagramma di scarico e lavaggio asimmetrico rispetto al punto morto inferiore (P.M.I.).

Tuttavia, questi vantaggi sono ottenuti introducendo svantaggi che divengono non tollerabili in alcune particolari applicazioni del motore a due tempi .

Infatti, il sistema rappresentato in figura 4 richiede due alberi motore indipendenti che debbono essere accorpati, con le relative complicazioni costruttive.

Inoltre il sistema non permette di avere una efficace camera di combustione nel caso di motori ad accensione comandata.

Invece, il sistema rappresentato in figura 5 è efficace solo con un lavaggio che lavora impiegando un compressore di aria esterno in quanto gli attuali carter pompa non sono in grado di raggiungere una pressione di lavaggio sufficientemente alta contemporaneamente ad una sufficiente quantità di gas fresco.

Infatti le perdite di efflusso attraverso le valvole sono più alte che attraverso le luci, che sono di sezione maggiore, e per ottenere un buon lavaggio con ridotta miscelazione fra gas freschi e gas combusti nei tempi ridotti a disposizione dello scarico, occorre un più alto rapporto fra pressione di lavaggio e pressione residua nel cilindro.

Infine il sistema di lavaggio della tecnica anteriore non rappresentato nelle figure, avendo un albero motore con due bielle, richiede un carterpompa (in cui avviene nel modo più economico la aspirazione e la precompressione del gas fresco per il lavaggio) di dimensioni tali da impedire il raggiungimento di opportune precompressioni del gas fresco.

Si deve pertanto ricorrere a compressori aggiuntivi che complicano la costruzione.

Da sottolineare altresì la sfavorevole configurazione della camera di combustione per questo tipo di lavaggio, che, a causa della ridotta compressione del gas fresco da parte del carterpompa, deve offrire una ampia sezione di passaggio, attraverso la testata comune ai due cilindri affiancati, cosicché la camera di combustione assume una forma ellittica allungata, lontana dalla forma semi-sferoidale teoricamente corretta.

Da notare altresì che non si riscontrano esempi di lavaggio unidirezionale secondo la descritta sesta soluzione della tecnica anteriore che prevedono due cilindri affiancati di diametro diverso fra loro, probabilmente a causa della necessità di ridurre il più possibile le perdite di carico'cui la corrente di lavaggio è sottoposta.

Si deve inoltre osservare come detto sistema di lavaggio della tecnica anteriore ad unico albero motore con due bielle, permette di ottenere un diagramma di scarico e di lavaggio asimmetrico. Tuttavia, costruttivamente, la asimmetria è limitata, in particolare per ciò che riguarda l'anticipo di scarico rispetto all'apertura delle luci di lavaggio.

Ciò aumenta la necessità di avere un livello di precompressione del gas fresco da parte del carterpompa, e costituisce pertanto una limitazione al raggiungimento di un alto numero di giri del motore.

Alla luce di tutto quanto sopra, la Richiedente ha realizzato e messo a punto una soluzione innovativa che consente di ovviare a tutti i summenzionati inconvenienti, fornendo un sistema di lavaggio unidirezionale per motori a due tempi altamente efficiente e vantaggioso.

Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un sistema di lavaggio unidirezionale, in particolare per motori a due tempi, comprendente un primo cilindro o cilindro di potenza, provvisto di luci di lavaggio e un secondo cilindro, avente un diametro inferiore rispetto al primo cilindro, o cilindro di scarico, provvisto di luci di scarico.

Preferibilmente, secondo l'invenzione, detti primo e secondo cilindro possono essere uniti da una testata avente una camera di combustione, detta camera di combustione durante la fase di lavaggio mettendo in comunicazione detti primo e secondo cilindro .

In un'altra forma di realizzazione del sistema di lavaggio secondo l'invenzione, detti primo e secondo cilindro possono essere uniti da una testata che presenta una camera di comunicazione che pone in comunicazione detti primo e secondo cilindro, attraverso la quale la corrente di lavaggio proveniente dal primo cilindro passa nell'adiacente secondo cilindro, avendo la camera di comunicazione suddetta anche la funzione di camera di combustione.

Ulteriormente, secondo l'invenzione, detta camera di combustione e di comunicazione fra ì due cilindri adiacenti può assumere una forma opportuna per incrementare la massima efficienza di combustione, o la massima stratificazione della carica, o il lavaggio più efficiente sia per intrappolamento della carica fresca o con la minore possibile miscelazione della carica fresca con i gas bruciati nel ciclo termico precedente o ancora presente nei cilindri.

Sempre secondo l'invenzione, la forma della camera di combustione e di comunicazione fra i due cilindri sarà tale da garantire il voluto compromesso fra efficienza di combustione, stratificazione della carica fresca, coefficiente di intrappolamento della carica fresca e miscelazione della carica fresca con i gas bruciati.

Ancora secondo l'invenzione, detti primo e secondo cilindro, e i relativi pistoni, oltre ad essere di diametro diverso, possono essere altresì di differenti corse, quindi spazzare una differente cilindrata nel corso di un ciclo di 360°.

Ulteriormente, secondo l'invenzione, gli angoli di apertura e chiusura, rispetto al Punto Morto Inferiore, possono essere fortemente asimmetrici, ad esempio lo scarico può essere aperto con forte anticipo sul travaso, e chiuso anche prima o subito dopo il travaso stesso.

La presente invenzione verrà ora descritta, a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui:

la figura 1 mostra un tipo di lavaggio con deflettore noto nella tecnica;

la figura 2 mostra un tipo di lavaggio Schnurle noto nella tecnica;

la figura 3 mostra un tipo di lavaggio SchnUrle a tre luci noto nella tecnica;

la figura 4 mostra un tipo di lavaggio unidirezionale a due cilindri contrapposti noto nella tecnica;

la figura 5 mostra un tipo di lavaggio unidirezionale con scarico a mezzo valvole comandate noto nella tecnica;

la figura 6 è una vista schematica di un sistema di lavaggio unidirezionale secondo 1'invenzione;

le figure 7, 8 e 9 sono viste prospettiche della testata di un motore con sistema di lavaggio secondo l'invenzione; e

la figura 10 è una vista in sezione orizzontale di un sistema di lavaggio secondo l'invenzione.

Venendo ora ad osservare le figure da 6 a 10 dei disegni allegato, si può notare come il sistema di lavaggio unidirezionale secondo l'invenzione è costituito da due cilindri 1, 2 paralleli aventi diametro diverso fra loro.

In particolare, dalla figura 6, si può notare come siano previsti un cilindro 1 di diametro maggiore, indicato nel seguito anche come cilindro di potenza o "power", presentante le feritoie 3 per il travaso (vedere la figura 10) e un cilindro 2 di diametro inferiore, indicato nel seguito anche come cilindro di scarico o "exhaust", presentante le feritoie 4 per lo scarico (vedere la figura 10).

I due cilindri 1 e 2 sono in comunicazione mediante un'unica testata 5, mostrata in dettaglio nelle figure 7, 8, 9 in visione tridimensionale prospettica .

La testata 5 è realizzata in maniera tale da conformarsi, con la calotta 6, alla bombatura del cielo emisferico del cilindro 1; con la calotta 7 alla bombatura del cielo emisferico del cilindro 2.

Un condotto di raccordo 8 congiunge la calotta 6 con la camera di combustione 9, presentante la candela (non mostrata) in posizione opportuna.

La particolarità costruttiva dei cilindri 1, 2 affiancati, aventi diverso diametro, ed il particolare disegno della testata 5 definiscono il vantaggioso comportamento del sistema secondo 1'invenzione .

Nel cilindro 1 si compie, attraverso le luci di travaso 3 opportunamente disposte (ad esempio come mostrato in Fig. 10) un lavaggio compatto su tutta la superficie della calotta 6, provvedendo ad un efficace raffreddamento, e, dato il moto elicoidale impresso dalle compatte correnti fuori uscenti dalle luci 3 un'efficace spinta dei gas bruciati dal cilindro 1.

La corrente di lavaggio spinge i gas bruciati attraverso il condotto 8 nella camera di combustione 9, e, da questa attraverso la luce 3 formata dall'intersezione della camera di combustione 9 con la calotta 7, e da questa, attraversando il cilindro 2, fuori dalle luci di scarico 4.

C'è da notare che il lavaggio del cilindro 1 è da considerarsi molto efficiente con mescolamento fra i gas freschi ed i gas bruciati molto ridotto.

Il lavaggio della camera di combustione 9 è altresì molto buono, anche perché favorito dal condotto 8.

La luce di comunicazione 3 costituisce un ostacolo più o meno forte alla prosecuzione della corrente di lavaggio, in funzione della superficie.

Ciò determina un effetto favorevole per diverse ragioni:

1) è notorio che nei motori a due tempi il tubo di scarico è così sagomato da avere un tratto divergente (con funzione aspirante, ovverosia con funzione di aiuto allo svuotamento del cilindro), ed un tratto convergente, con la funzione di offrire una contropressione alla luce di scarico per limitare l'efflusso di gas freschi contenuti nel cilindro quando la luce di scarico è ancora aperta. Questo sistema è efficace quando la conformazione e la lunghezza dei vari tratti dello scarico, sono "intonati" con il numero dei giri del motore. Questo campo di "intonazione" è piuttosto ristretto, ed è limitato il numero di giri che il motore può utilizzare con il sistema proposto. In particolare, con la soluzione secondo l'invenzione, data la differenziazione del diametro dei due cilindri 1, 2, e la particolare forma della testata 5, il tubo di scarico può essere costruito con il tratto divergente {ossia aspirante) , e con un limitato tratto convergente in quanto la funzione aspirante è quella essenziale per lo svuotamento del cilindro 1 "exhaust" e del cilindro 2, e quindi il campo di "intonazione" dello scarico è molto più ampio che non nei due tempi allo Stato dell'Arte.

2) La descrizione del lavaggio del cilindro 1 e della camera di combustione 9, conformata in forma emisferica con la candela di accensione situata in posizione opportuna, indica chiaramente come sia possibile ottenere una stratificazione della carica di combustibile, sia per la direzione del lavaggio, sìa perché le particelle di carburante, di densità superiore a quella dell'aria, tendono a portarsi verso la curvatura superiore della camera di combustione addensandosi vicino alla candela. 3) I moti vorticosi sono fortemente incrementati dal moto dei due pistoni; inoltre il contenuto del cilindro 2 è da considerarsi di perfetta miscelazione con i gas bruciati. Dato il minor volume del cilindro 2 è più facile determinare l'equilibrio migliore fra gas freschi e gas bruciati, la cui esistenza nella carica da bruciare, produce l'effetto favorevole di diminuire la temperatura di combustione e pertanto abbattere il contenuto dell'inquinante NOx.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1. Sistema di lavaggio unidirezionale, in particolare per motori a due tempi, caratterizzato dal fatto di comprendere un primo cilindro o cilindro di potenza, provvisto di luci di lavaggio e un secondo cilindro, avente un diametro inferiore rispetto al primo cilindro, o cilindro di scarico, provvisto di luci di scarico.
2. 2. Sistema di lavaggio unidirezionale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primo e secondo cilindro sono uniti da una testata avente una camera di combustione, detta camera di combustione durante la fase di lavaggio mettendo in comunicazione detti primo e secondo cilindro.
3. 3. Sistema di lavaggio unidirezionale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti primo e secondo cilindro possono essere uniti da una testata che presenta una camera di comunicazione che pone in comunicazione detti primo e secondo cilindro, attraverso la quale la corrente di lavaggio proveniente dal primo cilindro passa nell'adiacente secondo cilindro, avendo la camera di comunicazione suddetta anche la funzione di camera di combustione.
4. 4 . Sistema di lavaggio unidirezionale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta camera di combustione e di comunicazione fra i due cilindri adiacenti ha una forma opportuna per incrementare la massima efficienza di combustione, e/o la massima stratificazione della carica, e/o il lavaggio più efficiente sia per intrappolamento della carica fresca o con la minore possibile miscelazione della carica fresca con i gas bruciati nel ciclo termico precedente e ancora presente nei cilindri.
5. 5. Sistema di lavaggio unidirezionale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che la forma della camera di combustione e di comunicazione fra i due cilindri sarà tale da garantire il voluto compromesso fra efficienza di combustione, stratificazione della carica fresca, coefficiente di intrappolamento della carica fresca e miscelazione della carica fresca con i gas bruciati.
6. 6. Sistema di lavaggio unidirezionale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti primo e secondo cilindro, e i relativi pistoni, oltre ad essere di diametro diverso, hanno differenti corse, quindi spazzare una differente cilindrata nel corso di un ciclo di 360°.
7. 7. Sistema di lavaggio unidirezionale secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che gli angoli di apertura e chiusura, rispetto al Punto Morto Inferiore, sono fortemente asimmetrici, ad esempio lo scarico può essere aperto con forte anticipo sul travaso, e chiuso anche prima o subito dopo il travaso stesso.
8. 8. Sistema di lavaggio unidirezionale, preferibilmente per motori a due tempi, secondo ognuna delle rivendicazioni precedenti, sostanzialmente come illustrato e descritto.