ITTO20010269A1

ITTO20010269A1 - Motore a combustione interna, con sistema idraulico di azionamento variabile delle valvole, e mezzi di compensazione delle variazioni di vol

Info

Publication number: ITTO20010269A1
Application number: IT2001TO000269A
Authority: IT
Inventors: Francesco Vattaneo; Andrea Pecori; Stefano Chiappini
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-09-23
Also published as: EP1243761A1; US6530350B2; ES2218483T3; ITTO20010269A0; JP4098543B2; US20020134328A1; JP2002309914A; EP1243761B1; DE60200462D1; DE60200462T2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Motore a combustione interna, con sistema idraulico di azionamento variabile delle valvole, e mezzi di compensazione delle variazioni di volume del fluido idraulico"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai motori a combustione interna del tipo comprendente:

- almeno una valvola di aspirazione ed almeno una valvola di scarico per ciascun cilindro, provviste ciascuna di rispettivi mezzi elastici che richiamano la valvola nella posizione chiusa, per controllare la comunicazione tra i rispettivi condotti di aspirazione e scarico e la camera di combustione,

- un albero a camme per azionare le valvole di aspirazione e scarico dei cilindri del motore tramite rispettive punterie, ciascuna valvola di aspirazione e ciascuna valvola di scarico essendo comandata da una camma di detto albero a camme,

- in cui almeno una di dette punterie comanda la rispettiva valvola di aspirazione o scarico, contro l'azione di detti mezzi elastici di richiamo, tramite interposizione di mezzi idraulici includenti una camera di fluido in pressione,

detta camera di fluido in pressione essendo collegabile tramite un'elettrovalvola con una canale di uscita, per disaccoppiare la valvola dalla rispettiva punteria e provocare la chiusura rapida della valvola, sotto l'azione dei rispettivi mezzi elastici di richiamo,

detti mezzi idraulici comprendendo inoltre uno stantuffo associato allo stelo della valvola e montato scorrevole in una boccola di guida, detto stantuffo essendo affacciato ad una camera a volume variabile da esso definita all'interno della boccola di guida, detta camera a volume variabile essendo in comunicazione oon la camera di fluido in pressione tramite un'apertura di estremità di detta boccola di guida, detto stantuffo avendo un'appendice d'estremità atta ad inserirsi entro detta apertura d'estremità nel tratto terminale della corsa di chiusura della valvola, per restringere la luce di comunicazione tra detta camera a volume variabile e detta camera di fluido in pressione, così da frenare la corsa della valvola in prossimità della sua chiusura,

in cui il suddetto canale di uscita comunica con un accumulatore di fluido in pressione e con un condotto di alimentazione del fluido proveniente da una pompa di alimentazione.

Un motore del tipo sopra indicato è ad esempio descritto ed illustrato nelle domande di brevetto europeo EP-A-0 803 642 ed EP-A-1 091 097 della stessa Richiedente.

Studi ed esperienze condotte dalla Richiedente hanno mostrato che si possono verificare nel funzionamento alcuni inconvenienti, particorlamente durante le fermate del motore a bassa temperatura, a causa delle conseguenti variazioni del volume del fluido idraulico (tipicamente olio). Durante una prolungata sosta del motore in un ambiente a bassa temperatura, l'olio del circuito a bassa pressione, ossia nella sezione compresa fra l'alimentazione dell'olio e l'elettrovalvola, si contrae e trafila, liberando degli spazi nel circuito che generano bolle di aria di difficile eliminazione, che pregiudicano poi il corretto funzionamento del sistema all'avviamento del motore.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare a tale inconveniente, realizzando un sistema che riduca al minimo possibile la formazione di bolle d'aria del circuito a seguito delle variazioni di volume del fluido idraulico derivanti dalle escursioni della temperatura del fluido alla spegnimento motore e dal suo trafilamento attraverso i giochi costruttivi dei vari componenti.

In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto un motore avente tutte le caratteristiche indicate all'inizio della presente descrizione ed inoltre caratterizzato dal fatto che al suddetto canale, a monte dell'elettrovalvola, è collegato almeno un serbatoio supplementare di fluido, sfiatato all'atmosfera, che è occupato parzialmente dal fluido nella normale condizione operativa del motore, che si svuota parzialmente di fluido durante le fermate del motore a bassa temperatura e che si riempe invece nel caso di espansioni del fluido idraulico derivanti da un aumento di temperatura.

In altre parole, il sistema viene dotato di una sorta di polmone che contiene una certa quantità di fluido idraulico e che è pertanto in grado di "restituire" tale fluido al circuito in condizione di bassa temperatura, così da evitare la formazione di bolle d'aria nel circuito, è di ricevere nuovamente il fluido all'interno di esso quando la temperatura è più elevata.

In una prima forma di attuazione, tale serbatoio supplementare è costituito da una capacità distinta dall'accomulatore avente un'estremità di fondo collegata al circuito e un'estremità superiore sfiatata all'atmosfera.

In un'altra forma di attuazione, il serbatoio supplementare è costituito dalla stessa capacità dell'accomulatore, che presenta in questo caso uno stantuffo avente un foro ristretto di diametro predeterminato che consente al fluido in espansione di occupare il volume dell'accomulatore al di sopra dello stantuffo passando attraverso detto foro. Naturalmente, tale soluzione è utilizzabile in alternativa, o in aggiunta a quella già sopra menzionata che prevede un serbatoio supplementare distinto .

Secondo l'invenzione, è anche possibile prevedere di utilizzare come serbatoio supplementare la capacità di un dispositivo pressurizzatore che può essere associato al circuito idraulico, secondo una tecnica nota dal brevetto EP-B-0931912 della stessa Richiedente. Tale dispositivo è previsto allo scopo di armare uno stantuffo caricato da una molla con l'olio in pressione che circola nel circuito durante il funzionamento del motore, così da poter sfruttare l'energia così accumulata all'atto dell'avviamento del motore dopo una fermata per garantire un pronto riempimento del circuito idraulico ed una veloce risposta del sistema. Nel caso un tale dispositivo sia previsto, è possibile prevedere anche per esso una disposizione simile a quella sopra descritta con riferimento all'accumulatore idraulico, con uno sfiato all'atmosfera e un foro ristretto di diametro predeterminato nello stantuffo del dispositivo che consente all'olio in espansione di fluire attraverso tale foro nella cavità al di sopra dello stantuffo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell'invenzione risulteranno dalla descrizione che segue con riferimento ai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- la Figura 1 è una vista in sezione di una testa di un motore a combustione interna secondo la realizzazione nota della domanda di brevetto europeo EP-A-0 803 642 della stessa Richiedente, e

- la Figura 2 è uno schema del sistema idraulico di azionamento variabile delle valvole secondo 1'invenzione .

Con riferimento alla figura 1, il motore a combustione interna descritto nella precendente domanda europea EP-A-0803 642, nonché nella domanda EP-A-1 091 097 della stessa Richiedente è un motore pluricilindrico, ad esempio un motore a cinque cilindri in linea, comprendente una testa cilindrica 1.

La testa 1 comprende, per ciascun cilindro, una cavità 2 formata nella superficie di base 3 della testa 1, definente la camera di combustione, nella quale sfociano due condotti di aspirazione 4, 5 e due condotti di scarico 6. La comunicazione dei due condotti di aspirazione 4, 5 con la camera di combustione 2 è controllata da due valvole di aspirazione 7, del tipo tradizionale a fungo, comprendenti ciascuna uno stelo 8 montato scorrevole nel corpo della testa 1. Ciascuna valvola 7 è richiamata verso la posizione di chiusura da molle 9 interposte fra una superficie interna della testa 1 ed un bicchierino di estremità 10 della valvola. L'apertura delle valvole di aspirazione 7 è controllata, nel modo che verrà descritto nel seguito, da un albero a camme 11 montato girevole intorno ad un'asse 12 entro sopporti della testa 1 e comprendente una pluralità di camme 14 per l'azionamento delle valvole.

Ciascuna camma 14 di controllo di una valvola di aspirazione 7 coopera con il piattello 15 di una punteria 16 montata scorrevole lungo un'asse 17, che nel caso illustrato è diretto sostanzialmente a 90° rispetto all'asse della valvola 7 (è possibile anche il montaggio allineato come sarà illustrato con riferimento alla figura 3), entro una boccola 18 portata da un corpo 19 di un sotto-gruppo preassemblato 20 incorporante tutti i dispositivi elettrici ed idraulici associati all'azionamento delle valvole di aspirazione, secondo quanto descritto in dettaglio nel seguito. La punteria 16 è in grado di trasmettere una spinta allo stelo 8 della valvola 7, in modo da provocare l'apertura di quest'ultima contro l'azione dei mezzi elastici 9, mediante fluido in pressione (tipicamente olio proveniente dal circuito di lubrificazione del motore) presente in una camera C ed uno stantuffo 21 montato scorrevole in un corpo cilindrico costituito da una boccola 22 che è pure portata dal corpo 19 del sottogruppo 20. Sempre nella soluzione nota illustrata nella figura 1, la camera di fluido in pressione C associata a ciascuna valvola di aspirazione 7 può essere messa in comunicazione con un canale di uscita 23 tramite un elettrovalvola 24. L'elettrovalvola 24, che può essere di un qualunque tipo noto, adatto alla funzione qui illustrata, è controllata da mezzi elettronici di controllo, indicati schematicamente con 25, in funzione di segnali S indicativi di parametri di funzionamento del motore, come la posizione dell'acceleratore ed il numero di giri del motore. Quando l'elettrovalvola 24 viene aperta, la camera C entra in comunicazione con il canale 23, per cui il fluido in pressione presente nella camera C fluisce in tale canale e si ottiene un disaccoppiamento della punteria 16 dalla rispettiva valvola di aspirazione 7, che torna quindi rapidamente nella sua posizione di chiusura, sotto l'azione delle molle di richiamo 9. Controllando la comunicazione fra la camera C ed il canale di uscita 23 è pertanto possibile variare a piacimento il tempo e la corsa di apertura di ciascuna valvola di aspirazione 7.

I canali di uscita 23 delle varie elettrovalvole 24 sfociano tutti in un medesimo canale longitudinale 26 comunicante con uno o più accumulatori di pressione 27, uno solo dei quali è visibile nella figura 1. Tutte le punterie 16 con le associate boccole 18, gli stantuffi 21 con le associate boccole 22, le elettrovalvole 24 ed i relativi canali 23, 26 sono portati e ricavati nel suddetto corpo 19 del sotto-gruppo assemblato 20, a vantaggio della rapidità e facilità di assemblaggio del motore.

Le valvole di scarico 80 associate a ciascun cilindro sono controllate, nella realizzazione illustrata in figura 1, in modo tradizionale da un albero a camme 28 tramite rispettive punterie 29. La figure 2 illustra in scala ampliata il corpo 19 del gruppo pre-assemblabile.

Con riferimento alla figura 2, l'elettrovalvola 24 controlla la comunicazione della camera di pressione C del dispositivo di comando della valvola del motore con il canale di uscita 23. Quest'ultimo comunica con la camera a volume variabile 100 dell'accumulatore 27. Quando l'elettrovalvola 24 si apre, il fluido presente nelle camera di pressione C fluisce nel canale di uscita 23 e da qui nella camera 100 dell'accumulatore 27, determinando il sollevamento dello stantuffo 101 contro l'azione della molla 102. Il canale di uscita 23 comunica inoltre tramite una valvola di non ritorno 103 con un canale 104 di alimentazione dell'olio in pressione, proveniente dalla pompa di alimentazione dell'olio del motore (non illustrata). Nella figura 2, con 105 è indicata una valvola per lo sfiato delle bolle d'aria che si dovessere eventualmente formare nel tratto iniziale del condotto di alimentazione 104. Un'ulteriore valvola di non ritorno 106 è disposta a valle della valvola 105. Secondo la tecnica per sé nota, al canale 104 è inoltre collegato un dispositivo pressurizzatore 107 avente una conformazione sostanzialmente simile a quella di un accumulatore idraulico ma provvisto inoltre di un dispositivo di aggancio meccanico 108 (illustrato schematicamente) che mantiene lo stantuffo 109 di tale dispositivo in una qualsiasi posizione raggiunta a seguito di un suo innalzamento dovuto alla pressione del fluido. Il dispositivo 108 trattiene lo stantuffo 109 in posizione contro l'azione di una molla 110. Conformemente a quanto previto nel precedente brevetto europeo EP-B-0931912 della stessa Richiedente, al momento dell'avviamento del motore, il dispositivo di aggancio meccanico 108 viene sbloccato (ad esempio mediante un solenoide) in modo tale per cui la molla 110 spinge di colpo lo stantuffo 109 verso il basso determinando di conseguenza l'alimentazione subitanea della quantità di fluido contenuta nel dispositivo 107 in direzione della camera di pressione C. Tale dispositivo noto garantisce la pronta risposta del sistema dopo l'avviamento del motore.

Secondo una prima forma di attuazione dell'invenzione, al canale 104 è collegato un serbatoio supplementare 111, avente uno sfiato 112 all'atmosfera. Il serbatoio 111 funge da polmone per il circuito idraulico. Esso è parzialmente pieno di fluido durante il normale funzionamento del motore, in modo tale per cui è in grado di restituire tale fluido al canale 104 in caso di contrazione dell'olio derivante dai trafilamenti e dalla bassa temperatura dopo una fermata motore, così da evitare la formazione di bolle d'aria. Al contrario, durante un innalzamento della temperatura ambiente durante una fermata motore, l'olio può espandersi all'interno del serbatoio 111. Naturalmente il funzionamento sopra descritto è garantito dalla presenza dello sfiato 112.

In alternativa od in aggiunta alla soluzione sopra descritta, è possibile sfruttare anche l'accumulatore 27 come serbatoio supplementare. In questo caso, l'accumulatore presenta anch'esso uno sfiato 113 all'atmosfera e il suo stantuffo 100 presenta un foro ristretto 114 (non indicato in figura) di diametro predeterminato. Durante le fermate del motore, un'eventuale espansione dell'olio determinata dalla temperatura elevata porta l'olio a fluire attraverso il foro 114 nella camera dell'accumulatore al di sopra dello stantuffo 110. Al contrario, durante un abbassamento di temperatura, il fluido può fluire verso il basso attraverso tale foro. Il foro è comunque ristretto, così da non pregiudicare il normale funzionamento dell'accumulatore durante il funzionamento del motore.

Una soluzione analoga può anche essere adottata nel dispositivo pressurizzatore 107, che può avere uno sfiato 115 all'atmosfera ed un foro ristretto 116 ricavato nel suo stantuffo 109, in modo tale per cui la camera di tale dispositivo al di sopra dello stantuffo 109 può essere utilizzata come polmone.

Come risulta evidente dalla descrizione che precede, il sistema secondo l'invenzione è in grado di ovviare, con mezzi estremamente semplici, al problema della formazione di bolle d'aria nel circuito, prevedendo uno o più polmoni di compensazione delle variazioni di volume del fluido che evitano così la formazione di bolle d'aria.

La Richiedente ha anche messo a punto mezzi per garantire lo spurgo dell'aria eventualmente presente nella sezione di alta pressione del circuito, in particolare nella camera di pressione C, all'avviamento del motore. Tali mezzi formano oggetto di una co-pendente domanda di brevetto della Richiedente .

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, i particolari di costruzione e le forme di attuazione potranno ampiamente variare rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna comprendente: almeno una valvola di aspirazione (8) ed almeno una valvola di scarico per ciascun cilindro, provviste ciascuna di rispettivi mezzi elastici (9) che richiamano la valvola nella posizione chiusa, per controllare la comunicazione tra i rispettivi condotti di aspirazione e scarico (4,6) e la camera di combustione, - un albero a camme (11) per azionare le valvole di aspirazione e scarico dei cilindri del motore tramite rispettive punterie (16), ciascuna valvola di aspirazione e ciascuna valvola di scarico essendo comandata da una camma (14) di detto albero a camme, in cui almeno una di dette punterie (16) comanda la rispettiva valvola di aspirazione o scarico, contro l'azione di detti mezzi elastici di richiamo, tramite interposizione di mezzi idraulici includenti una camera di fluido in pressione (C), detta camera di fluido in pressione essendo collegabile tramite un'elettrovalvola (24) con un canale di uscita (26), per disaccoppiare la valvola dalla rispettiva punteria (16) e provocare la chiusura rapida della valvola, sotto l'azione dei rispettivi mezzi elastici di richiamo (9), detti mezzi idraulici comprendendo inoltre uno stantuffo (21) associato allo stelo (8) della valvola e montato scorrevole in una boccola di guida (22), detto stantuffo essendo affacciato ad una camera a volume variabile da esso definita all'interno della boccola di guida (22), detta camera a volume variabile essendo in comunicazione con la camera di fluido in pressione (C) tramite un'apertura di estremità di detta boccola di guida, detto stantuffo avendo un'appendice d'estremità atta ad inserirsi entro detta apertura d'estremità nel tratto terminale della corsa di chiusura della valvola, per restringere la luce di comunicazione tra detta camera a volume variabile e detta camera di fluido in pressione, così da frenare la corsa della valvola in prossimità della sua chiusura, in cui il suddetto canale di uscita (23) comunica con un accumulatore di fluido in pressione (27) e con un condotto (104) di alimentazione del fluido proveniente da una pompa di alimentazione, caratterizzato dal fatto che a detto canale di uscita (23), a monte dell'elettrovalvola (24) è collegato almeno un serbatoio supplementare di fluido (111; 27; 107), sfiatato all'atmosfera, che è riempito parzialmente di fluido nella normale condizione operativa del motore, che si svuota almeno parzialmente a seguito delle contrazioni del fluido a freddo e si riempie maggiormente a seguito delle espansioni del fluido a caldo durante un fermo motore ed il suo funzionamento a seconda dei casi.
2. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il suddetto serbatoio supplementare è costituito da una capacità (111) distinta dall'accumulatore di pressione (27).
3. Motore secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che anche detto accumulatore di pressione (27) funge da serbatoio supplementare, detto accumulatore presentando uno sfiato (113) all'atmosfera ed uno stantuffo (100) con un foro ristretto (114) di diametro predeterminato che consente al fluido idraulico di fluire nella camera dell'accumulatore al di sopra dello stantuffo (110).
4. Motore secondo la rivendicazione 1, comprendente un dispositivo pressurizzatore (107) comprendente uno stantuffo (109), caratterizzato dal fatto che anche detto dispositivo funge da serbatoio supplementare, detto dispositivo pressurizzatore (107) presentando uno sfiato (115) all'atmosfera e detto stantuffo (109) avendo un foro di diametro ridotto predeterminato (116) che consente al fluido di fluire nella camera di detto dispositivo al di sopra dello stantuffo (109). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.