ITTO950836A1

ITTO950836A1 - Sistema di aspirazione a capacita' variabile per un motore endotermico di un veicolo.

Info

Publication number: ITTO950836A1
Application number: IT95TO000836A
Authority: IT
Inventors: Paolo Martinelli
Original assignee: Ferrari Spa
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 1997-04-17
Also published as: US5715781A; ITTO950836A0; EP0769608B1; IT1280978B1; DE69611876D1; JPH09203320A; JP3936760B2; EP0769608A1; DE69611876T2; ES2155160T3

Abstract

Sistema di aspirazione a capacità variabile (1) per un motore endotermico di un veicolo, del tipo provvisto di: un primo (3) ed un secondo (4) polmone collegati a mezzi comuni di adduzione dell'aria; almeno un primo condotto di aspirazione (5) collegante il primo polmone (3) con un rispettivo cilindro di una corrispondente prima bancata (6), ed almeno un secondo condotto di aspirazione (7) collegante il secondo polmone (4) con un rispettivo cilindro di una corrispondente seconda bancata (8) del motore; rispettive derivazioni (17, 18), colleganti il primo condotto (5) al secondo polmone (4) ed il secondo condotto (7) al primo polmone (3); e mezzi valvolari (19, 20) predisposti per collegare selettivamente ciascun polmone (3, 4) con uno di tali condotti di aspirazione (5, 7).(Figure 1 e 2).

Description

D E S C R I Z I O N E

di Brevetto per Invenzione Industriale,

La presente invenzione si riferisce ad un sistema di aspirazione a capacità variabile per un motore endotermico, in particolare per un motore di elevate prestazioni di un autoveicolo granturismo.

Come è noto, è possibile aumentare il rendimento volumetrico di un motore endotermico adottando un sistema che consenta di variare le condizioni di aspirazione in modo da ottimizzare il riempimento del motore ottenendo condizioni di risonanza nel sistema stesso in corrispondenza di regimi di rotazione del motore diversi. L'aumento del rendimento volumetrico del motore consente, entro certi limiti, di ottenere un aumento della potenza erogabile in corrispondenza di un determinato regime di rotazione, di ridurre il consumo di combustibile, in quanto questo brucia in modo migliore, e, conseguentemente, di diminuire le emissioni di gas inquinanti allo scarico.

Sono attualmente noti dei sistemi di aspirazione per motori endotermici, soprattutto equipaggianti autoveicoli di elevate prestazioni, quali gli autoveicoli granturismo, nei quali i condotti di aspirazione dell'aria comprendono degli elementi, noti con il nome di "trombette", costruiti in modo da poter variare il rapporto tra la propria lunghezza ed il proprio diametro, con conseguente variazione delle condizioni di aspirazione del motore. Tali trombette sono sostanzialmente di due tipi: il primo presenta un tratto terminale di condotto telescopico, definito da due elementi coassiali traslanti uno dentro l'altro che, variando la loro posizione assiale relativa, determinano una variazione del rapporto lunghezza (che si accresce o si riduce)/diametro (che rimane costante); il secondo tipo presenta una porzione di imbocco comprendente una coppia di lobi di forma semicilindrica, vincolati tra loro a cerniera ed accoppiati a sovrapposizione laterale, in modo da definire un tratto di condotto a sezione continua e variabile in diametro a seconda della divaricazione relativa tra i due lobi.

E' altresì noto, nel caso di motori privi di trombette, l'utilizzo per ciascun cilindro di due condotti di aspirazione, di lunghezza e di diametro opportunamente ottimizzati, disposti in parallelo e collegati in testa da un collettore, nel quale è posizionata una farfalla; comandando la farfalla è possibile utilizzare uno solo dei due condotti o entrambi, in pratica cambiando il "diametro equivalente" del condotto dì aspirazione risultante e quindi ottenere le condizioni di risonanza per un certo numero di regimi diversi del motore.

I sistemi descritti presentano l'inconveniente di essere relativamente ingombranti e piuttosto costosi; il primo sistema, a trombette telescopiche, è poi relativamente delicato dal punto di vista del comando meccanico .

Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema di aspirazione a capacità variabile che consenta di ottimizzare il riempimento del motore ottenendo condizioni di risonanza nel sistema stesso in corrispondenza di regimi di rotazione del motore prefissati e che, al tempo stesso, sia di semplice e robusta costruzione e che garantisca un elevato grado di affidabilità.

In base alla presente invenzione, è realizzato un sistema di aspirazione a capacità variabile per un motore endotermico di un veicolo, del tipo comprendente un primo ed un secondo polmone, collegati a mezzi comuni di adduzione dell'aria, almeno un primo condotto di aspirazione collegante il primo polmone con un rispettivo cilindro di una corrispondente prima bancata, ed almeno un secondo condotto di aspirazione collegante il secondo polmone con un rispettivo cilindro di una corrispondente seconda bancata del motore; caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre rispettive derivazioni, colleganti ciascun detto primo condotto al secondo polmone e ciascun detto secondo condotto al primo polmone; e mezzi valvolari predisposti per collegare selettivamente ciascun detto polmone con i detti primo e secondo condotto di aspirazione.

In questo modo, tale sistema di aspirazione a capacità variabile risulta essere notevolmente affidabile, data la sua semplicità di funzionamento, poco costoso e di ingombro ridotto e consente inoltre l'ottimizzazione del riempimento del motore, ottenendo condizioni di risonanza nel sistema stesso in corrispondenza di regimi di rotazione del motore prefissati .

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di due suoi esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni allegati, nei quali:

la figura 1 è una vista schematica in pianta dall'alto di un sistema di aspirazione a capacità variabile per un motore endotermico di un veicolo, realizzato secondo la presente invenzione;

la figura 2 è una sezione secondo la linea II-II della figura 1;

la figura 3 è una sezione di un diverso esempio di attuazione di un sistema di aspirazione a capacità variabile per un motore endotermico di un veicolo, realizzato secondo la presente invenzione; e

la figura 4 è una vista schematica in pianta dall'alto e con parti asportate per chiarezza del sistema di aspirazione di figura 3.

Con riferimento alle figure 1 e 2, è indicato con 1 un sistema di aspirazione a capacità variabile per un motore endotermico, per il resto noto, di un veicolo di qualsiasi tipo noto, per esempio un autoveicolo granturismo, non illustrati nelle figure allegate per semplicità; il sistema di aspirazione 1 è portato da una testata 2 del suddetto motore e comprende un primo ed un secondo polmone, indicati rispettivamente con 3 e 4, disposti lateralmente da bande opposte sulla testata 2 e tra loro affacciati.

Il sistema di aspirazione 1 comprende, inoltre, uno o più primi condotti di aspirazione 5, che collegano il polmone 3 con ciascun rispettivo cilindro di una corrispondente prima bancata di cilindri 6 del motore, ed uno o più secondi condotti di aspirazione 7, i quali collegano il secondo polmone 4 con ciascun rispettivo cilindro di una corrispondente seconda bancata di cilindri 8. Tali bancate di cilindri 6, 8, disposti tra loro in linea e dei quali è visibile nelle figure allegate un cilindro per bancata, sono posizionate parallelamente ai polmoni 3, 4, in una posizione sottostante gli stessi e possono essere disposte tra loro a V, oppure azionare alberi motori separati. I polmoni 3, 4 sono inoltre collegati, in modo noto, a corrispondenti collettori dell'aria 9, 10, comunicanti con condotti 11, 12 di collegamento ad un filtro dell'aria 13, tramite corpi farfallati 14, 15, la cui apertura o chiusura è comandata con continuità da un sistema elettromeccanico 16 noto, controllato dal pedale acceleratore del veicolo.

Secondo il trovato, i condotti di aspirazione 5, 7 sono sagomati ad Y e comprendono rispettive corrispondenti opposte derivazioni 17, 18, le quali sono costituite da corrispondenti rami curvilinei di tali condotti 5, 7 e collegano ciascun primo condotto 5 al secondo polmone 4 e ciascun secondo condotto 7 al primo polmone 3; le derivazioni 17, 18 sono disposte in posizione incrociata tra loro (figura 2). Sull'imbocco di ciascun condotto di aspirazione 5, 7 con il rispettivo polmone 3, 4 sono predisposti mezzi valvolari 19, 20, di tipo ON/OFF, costituiti, secondo la preferita forma di realizzazione, da valvole a farfalla.

Nel caso particolare illustrato nelle figure 1 e 2, ciascun condotto di aspirazione 5, 7 comprende, inoltre, un ramo 21, 22 sostanzialmente rettilineo atto a collegare il relativo polmone 3, 4 con la relativa bancata di cilindri 6, 8, raccordato alla rispettiva derivazione 17, 18 e presentante un asse inclinato rispetto all'asse di quest'ultima nella zona di raccordo. Inoltre, le sezioni di imbocco delle derivazioni 17, 18 con i rispettivi polmoni 4, 3 sono disposte sostanzialmente inclinate rispetto agli assi dei relativi collettori 10, 9.

Infine, i polmoni 3, 4, le derivazioni 17, 18 ed i condotti 5, 7 sono definiti da rispettive cavità della testata 2; le valvole 19, 20 sono comandate tutte insieme mediante un unico albero (non illustrato).

In uso, quando le farfalle 19, 20 sono in posizione di chiusura (illustrata nel disegno), ogni comunicazione tra il polmone 3 ed i rispettivi condotti 5 della bancata di cilindri 6 è interrotta, mentre i medesimi comunicano con il polmone 4 attraverso le derivazioni 17 (figura 2). Lo stesso avviene per il polmone 4. Il volume del sistema di aspirazione 1, che viene interessato alla fase di aspirazione, è dunque pari, per la bancata di cilindri 6, al volume del polmone 4 sommato al volume dell'insieme formato dal ramo 21 del rispettivo condotto di aspirazione 5, che è chiuso, e dalla corrispondente derivazione 17; viceversa per la bancata di cilindri 8. Pertanto, in fase di progetto, è possibile dimensionare i polmoni 3, 4, i condotti di aspirazione 5, 7 e le derivazioni 17, 18 in modo da determinare condizioni di risonanza nel sistema 1, in relazione ad un prefissato regime di rotazione del motore, tali da ottimizzare, a tale regime, il rendimento del motore.

Aprendo i mezzi valvolari 19, 20 (contemporaneamente o indipendentemente uno dall'altro), il volume complessivo del sistema 1, in collegamento con ciascuna bancata di cilindri 6, 8, aumenta di una quantità pari al volume del polmone 3, 4, soprastante la rispettiva bancata, facendo quindi variare le condizioni di risonanza; ovviamente i volumi dei polmoni 3, 4 possono venire calcolati per far sì di ottenere, questa volta, condizioni di risonanza in corrispondenza di un regime motore diverso da quello precedente. In questo modo si possono ottenere condizioni ottimali di aspirazione a due regimi motori diversi semplicemente aprendo/chiudendo le valvole 19, 20 in funzione del regime motore.

Secondo una variante possibile a quanto descritto, i mezzi valvolari 19, 20 possono essere disposti sull'imbocco di ciascuna derivazione 17, 18 con il rispettivo polmone 4, 3, invece che all'interno dei condotti di aspirazione 5, 7/ la scelta tra le due soluzioni dipende chiaramente dalle condizioni di risonanza che si vogliono creare durante l'aspirazione in fase di progetto.

Secondo un'ulteriore variante, oltre ai mezzi valvolari 19, 20, disposti all'interno dei condotti di aspirazione 5, 7, come precedentemente descritto, è possibile disporre un'ulteriore coppia di mezzi valvolari 23, 24 (illustrati a tratteggio in figura 2), di tipo ON/OFF, sull'imbocco delle derivazioni 17, 18 con i rispettivi polmoni 4, 3. In questo modo è possibile ottenere condizioni di risonanza ottimali per almeno tre regimi di rotazione del motore prefissati e diversi tra loro: una prima regolazione si ottiene con le valvole 19, 20, 23, 24 tutte aperte; una seconda regolazione si ottiene chiudendo le valvole 19, 20 in modo che le bancate 6, 8 siano alimentate esclusivamente attraverso le derivazioni 17, 18 e, quindi, attraverso percorsi aventi elevato rapporto lunghezza/diametro; infine una terza regolazione si ottiene aprendo i mezzi valvolari 23, 24 e chiudendo i mezzi valvolari 19, 20.

In questo caso le bancate 6, 8 sono alimentate attraverso percorsi "corti" definiti dai condotti 5, 7, aventi quindi un rapporto lunghezza/diametro minore del precedente .

Nelle figure 3 e 4, è illustrato un diverso esempio di attuazione di un sistema di aspirazione a capacità variabile per un motore endotermico realizzato secondo la presente invenzione ed indicato nel suo complesso con 1'; le parti costituenti del sistema 1' sono contraddistinte, ove possibile, dagli stessi numeri di riferimento delle corrispondenti parti del sistema 1.

Il sistema 1' differisce dal sistema 1 per il fatto di comprendere un ulteriore condotto 25 di collegamento dei polmoni 3 e 4, e mezzi valvolari 26 di tipo ON/OFF disposti all'interno del condotto 25 e costituiti, secondo la preferita forma di realizzazione, da una valvola a farfalla.

Inoltre, ciascun condotto di aspirazione 5, 7 comprende un ramo 27, 28 sostanzialmente rettilineo, il quale differisce dal ramo 21, 22 per il fatto di presentare un asse sostanzialmente ortogonale all'asse della rispettiva derivazione 17, 18 nella zona di raccordo con il ramo 27, 28 stesso. Infine, in questo caso, le sezioni di imbocco delle derivazioni 17, 18 con i rispettivi polmoni 4, 3 sono disposte sostanzialmente ortogonali rispetto agli assi dei relativi rami 28, 27. In uso, aprendo i mezzi valvolari 26, il volume complessivo del sistema 1', in collegamento con ciascuna bancata di cilindri 6, 8, aumenta di una quantità pari al volume del polmone 4, 3 soprastante la bancata adiacente 8, 6, facendo quindi variare le condizioni di risonanza. Ovviamente, i volumi dei polmoni 3, 4 possono venire calcolati per far sì di ottenere condizioni di risonanza in corrispondenza di un regime motore diverso da quelli descritti relativamente al sistema 1.

Risulta infine chiaro che ai sistemi di aspirazione 1 ed 1' possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni .

Claims

R IV E N D ICA Z IO N I 1. Sistema di aspirazione a capacità variabile (1) per un motore endotermico di un veicolo, del tipo comprendente un primo (3) ed un secondo (4) polmone collegati a mezzi comuni di adduzione dell'aria, almeno un primo condotto di aspirazione (5) collegante il primo polmone (3) con un rispettivo cilindro di una corrispondente prima bancata (6), ed almeno un secondo condotto di aspirazione (7) collegante il secondo polmone (4) con un rispettivo cilindro di una corrispondente seconda bancata (8) del motore; caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre rispettive derivazioni (17, 18), colleganti ciascun detto primo condotto (5) al secondo polmone (4) e ciascun detto secondo condotto (7) al primo polmone (3); e mezzi valvolari (19, 20, 23, 24) predisposti per collegare selettivamente ciascun detto polmone (3, 4) con i detti primo e secondo condotto di aspirazione (5, 7).
2. Sistema di aspirazione a capacità variabile, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i polmoni (3, 4) sono disposti da bande opposte di una testata motore (2), ciascuno in corrispondenza di una detta rispettiva bancata (6, 8), in posizione soprastante la stessa, e dal fatto che i condotti di aspirazione (5, 7) sono sagomati a Y e le derivazioni (17, 18) sono costituite da rispettivi rami curvilinei di detti condotti (5, 7) a Y che si incrociano tra loro per collegare ciascun polmone (4, 3) ai cilindri della bancata (6, 8) opposta.
3. Sistema di aspirazione a capacità variabile, secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi valvolari (19, 20, 23, 24) sono di tipo ON/OFF.
4. Sistema di aspirazione a capacità variabile, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi valvolari (19, 20) sono farfalle, disposte sull'imbocco di detti condotti di aspirazione (5, 7) con i rispettivi polmoni (3, 4).
5. Sistema di aspirazione a capacità variabile, secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi valvolari (23, 24) sono farfalle e sono disposte sull'imbocco delle derivazioni (17, 18) con i rispettivi polmoni (4, 3).
6. Sistema di aspirazione a capacità variabile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi valvolari (19, 20, 23, 24) sono predisposti sia all'imbocco di ciascun condotto di aspirazione (5, 7) con il corrispondente polmone (3, 4) che all'imbocco di ciascuna derivazione (17, 18) con il rispettivo polmone (4, 3). 7. Sistema di aspirazione a capacità variabile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i detti polmoni (3, 4), i detti condotti di aspirazione (5, 7) e le dette derivazioni (17, 18) sono definiti da rispettive cavità interne di detta testata (2) motore.
7. Sistema di aspirazione a capacità variabile secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un condotto (25) di collegamento dei detti primo e secondo polmone (3, 4) e mezzi valvolari (26) di intercettazione disposti in serie al detto condotto (25). ' 9. Sistema di aspirazione a capacità variabile secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi valvolari (26) sono di tipo ON/OFF. 10. Sistema di aspirazione a capacità variabile secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che i detti mezzi valvolari (26) sono costituiti da una valvola a farfalla disposta all'interno del detto condotto (25) di collegamento. 11. Sistema di aspirazione a capacità variabile per un motore endotermico di un veicolo, sostanzialmente come descritto e secondo quanto illustrato nelle figure del disegno allegato.