ITTO970078A1 - Motore pluricilindrico a ciclo diesel con valvole ad azionamento varia bile. - Google Patents

Motore pluricilindrico a ciclo diesel con valvole ad azionamento varia bile. Download PDF

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Lorentino Macor
Andrea Pecori
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Fiat Ricerche
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Motore pluricilindrico a ciclo diesel con valvole ad azionamento variabile’’,
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ai motori pluricilindrici a ciclo diesel per autoveicoli, in particolare per autocarri. L'invenzione si riferisce particolarmente, anche se non esclusivamente, ai motori di questo tipo che sono sovralimentati mediante un turbo-compressore azionato dai gas si scarico.
Nella sua precedente domanda di brevetto No. T096A000327, la Richiedente ha proposto un motore a benzina 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 i rispettivi condotti di aspirazione e scarico,
- 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, - ciascuna di dette punterie essendo atta a comandare l'apertura della 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,
- la camera di fluido in pressione associata a ciascuna valvola di aspirazione o scarico essendo collegabile, tramite una elettrovalvola, con un 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,
- mezzi elettronici di controllo di ciascuna elettrovalvola, per variare il tempo e la corsa di apertura della rispettiva valvola di aspirazione o scarico in funzione di uno o più parametri di funzionamento del motore.
Il sistema sopra descritto consente di ottenere un controllo variabile dell'apertura delle valvole di aspirazione e scarico, senza alterare le parti meccaniche che controllano lo spostamento delle valvole. Infatti, mentre in un sistema di distribuzione tradizionale il movimento di ciascuna valvola di aspirazione o scarico è univocamente legato alla geometria delle parti meccaniche che comandano la valvola (camma, bilanciere, punteria) nel sistema sopra descritto l'elettrovalvola che controlla la camera in pressione associata ad una determinata valvola può essere comandata in apertura in qualsiasi momento lo si desideri così da svuotare la suddetta camera dall’olio in pressione e provocare la rapida chiusura della valvola di aspirazione o scarico, sotto l'effetto dei rispettivi mezzi elastici di richiamo, anche in una fase in cui la rispettiva camma tenderebbe a mantenere aperta detta valvola.
Lo scopo della presente invenzione è quello di applicare il suddetto sistema di azionamento variabile delle valvole ad un motore diesel, in modo tale da ottenere la possibilità di realizzare a scelta diverse modalità di funzionamento del motore.
In vista di raggiungere tale scopo, 1’invenzione ha per oggetto un motore pluricilindrico a ciclo diesel, comprendente tutte le caratteristiche sopra indicate ed inoltre caratterizzato dal fatto che:
- ciascuna camma dell'albero a camme presenta un profilo tale da tendere a provocare l'apertura della rispettiva valvola di aspirazione o scarico da essa controllata non soltanto nella fase convenzionale di apertura all'interno del normale ciclo di funzionamento del motore, ma anche in corrispondenza di fasi aggiuntive del ciclo,
- e dal fatto che detti mezzi elettronici di controllo sono atti a comandare l'apertura di ciascuna elettrovalvola, così da mantenere chiusa la rispettiva valvola di aspirazione o scarico, durante la suddetta fase convenzionale e/o durante una o più delle suddette fasi aggiuntive in cui la rispettiva camma tenderebbe a provocare l'apertura della valvola, per cui il motore può essere fatto funzionare selettivamente secondo diverse modalità operative controllando dette elettrovalvole.
Secondo una prima importante caratteristica preferita dell'invenzione, i suddetti mezzi elettronici di controllo sono atti a realizzare una modalità di funzionamento del motore come freno, in cui non viene iniettato combustibile nei cilindri, ed in cui ciascuna elettrovalvola viene controllata in modo tale da mantenere chiuse le valvole di aspirazione e di scarico di ciascun cilindro sostanzialmente durante ogni fase di salita del rispettivo stantuffo dal punto morto inferiore al punto morto superiore, così da sfruttare la potenza assorbita ad ogni corsa di salita dello stantuffo per ottenere un effetto frenante, detti mezzi elastici essendo pure atti a consentire l'apertura di ciascuna valvola di scarico, mediante chiusura della rispettiva elettrovalvola, poco prima del raggiungimento del punto morto superiore da parte dello stantuffo, per effetto della spinta della rispettiva camma.
Come si vede, la suddetta modalità di funzionamento del motore come freno costituisce un primo esempio di applicazione del principio sopra descritto, in base al quale le camme dell'albero a camme presentano un profilo tale da provocare l'apertura delle rispettive valvole non solo nella fase tradizionale di apertura all’interno di un normale ciclo di funzionamento del motore, ma anche in corrispondenza di fasi aggiuntive, mentre la rispettiva elettrovalvola viene aperta in determinate fasi per far sì che in tali fasi la valvola rimanga chiusa, o comunque venga comandata diversamente, nonostante la camma di per sè tenderebbe a comandarne l'apertura. Nel caso citato, le camme presentano porzioni di profilo atte a comandare le valvole nella modalità di funzionamento come freno che vengono " abilitate<1 >' dalle elettrovalvole soltanto quando si voglia realizzare il funzionamento come freno. Come verrà illustrato più in dettaglio nel seguito con riferimento ai disegni annessi, nel caso invece di un normale funzionamento del motore, le elettrovalvole vengono comandate dai suddetti mezzi elettronici di controllo in modo tale da " abilitare" le porzioni di profilo delle camme che comandano il normale ciclo di apertura delle valvole e "disabilitare" le porzioni di tale profilo che vengono sfruttate nella modalità di funzionamento come freno.
Tornando in particolare alla modalità di funzionamento come freno, occorre rilevare che in tale modalità viene sfruttata, per ottenere l'effetto frenante, ogni corsa dello stantuffo dal punto morto inferiore al punto morto superiore, per cui lo stantuffo ha una corsa attiva durante ogni sua risalita, secondo un ciclo di funzionamento a due tempi. La potenza assorbita in tal modo è assai rilevante e pari al 100-120% della potenza nominale nel normale funzionamento in combustione. Ad esempio, se ad un regime di 2400 rpm la potenza erogata dal motore in combustione e di 257 KW, la potenza assorbita come freno allo stesso regime sarà di 305 KW. L’apertura della valvola di scarico al termine di ogni corsa di risalita dello stantuffo fa sì che nella fase di discesa l'aria compressa non sia in grado di restituire tutta la potenza precedentemente assorbita nella corsa di salita dello stantuffo, cosa che avverrebbe invece se il volume di aria intrappolato nel cilindro rimanesse sempre lo stesso, comportandosi quindi come una sorta di molla.
Secondo un ulteriore caratteristica preferita dell’invenzione, che si riferisce al caso di un motore diesel sovralimentato con turbo-compressore azionato mediante i gas di scarico, nella suddetta modalità di funzionamento del motore come freno la valvola di scarico viene mantenuta aperta anche durante una prima parte della discesa dello stantuffo dal punto morto superiore, così da aspirare aria all’interno del cilindro dal condotto di scarico, per ridurre la portata di aria inviata al turbo-compressore. Infatti, poiché nella modalità di funzionamento come freno il motore funziona secondo un ciclo a due tempi, la portata di aria che in tale modalità viene inviata al compressore tenderebbe ad essere doppia di quella normalmente inviata al compressore nel normale funzionamento del motore in combustione. Questo determinerebbe un eccessivo abbassamento del rendimento del turbo-compressore ed una conseguente compressione molto scarsa dell'aria in ingresso nel cilindro. Lasciando aperta la valvola di scarico nella prima fase di discesa dello stantuffo, viene aspirata all'interno del cilindro una parte dell'aria precedentemente inviata nel condotto di scarico, il che permette di diminuire la portata attraverso la turbina del turbocompressore e mantenere quindi il rendimento del turbo-compressore a livelli accettabili. Sempre nella suddetta modalità di funzionamento del motore come freno, infine, nella parte finale della corsa discendente dello stantuffo viene mantenuta aperta la valvola di aspirazione, così da permettere il riempimento completo del cilindro in vista della successiva corsa di salita, in cui le valvole di aspirazione e scarico sono sostanzialmente chiuse, e quindi iniziare una nuova fase di compressione di aria con assorbimento di potenza.
Come già sopra indicato, le camme dell'albero a camme del motore secondo l'invenzione presentano ulteriori porzioni di profilo destinate ad ottenere particolari cicli di funzionamento delle valvole, che vengono "abilitate" o "disabilitate" dai mezzi elettronici di controllo tramite le rispettive elettrovalvole, al fine di realizzare selettivamente diverse modalità di funzionamento del motore, in aggiunta alla modalità di funzionamento normale, e alla modalità di funzionamento come freno che è stata sopra descritta.
Ad esempio, secondo una ulteriore caratteristica dell'invenzione, il profilo della camma che controlla ciascuna valvola di scarico presenta una porzione atta a provocare una fase aggiuntiva di apertura della valvola di scarico nell'intorno della fase finale di aspirazione. I mezzi elettronici di controllo sono atti ad "abilitare" tale porzione di profilo quando si voglia realizzare un funzionamento del motore secondo il cosiddetto ciclo "Curtill". In tale ciclo particolare di funzionamento del motore, l'apertura della valvola di scarico nell'intorno della fase finale di aspirazione fa sì che in un primo tempo un po' di carica fresca passi direttamente dall'aspirazione allo scarico, per effetto della depressione esistente nel collettore di scarico, ed in un secondo tempo, a seguito dell’aumento della pressione nel collettore di scarico, dell'aria ritorni dallo scarico nel cilindro sfruttando la sovrapressione nel collettore di scarico, così da migliorare il riempimento del cilindro. Il ciclo sopra descritto, per se di tipo noto, trova applicazione vantaggiosa nel motore secondo l'invenzione per il fatto che i suddetti mezzi elettronici di controllo sono in grado di "disabilitare", mediante le rispettive elettrovalvole, le porzioni di profilo delle camme che tenderebbero a provocare l'apertura aggiuntiva sopra descritta delle valvole di scarico, così da eliminare tale modalità a regimi del motore in cui essa può diventare dannosa.
Secondo un'ulteriore caratteristica preferita, il motore secondo l'invenzione è in grado di operare ancora secondo un'ulteriore modalità di funzionamento, corrispondente al cosiddetto ciclo "Miller". In tale modalità, i mezzi elettronici di controllo sono atti a variare (anticipare o posticipare) la chiusura della valvola di aspirazione nel normale ciclo di funzionamento in combustione. Come è noto, nel ciclo Miller, con un anticipo o un posticipo della chiusura della valvola di aspirazione si ottiene una variazione del rapporto di compressione che permette, ad esempio nel caso di aumento del rapporto di compressione, di aumentare la temperatura per risolvere il problema dell'avviamento del motore a freddo. Secondo l'invenzione, le camme associate alle valvole di aspirazione hanno un .profilo adatto a mantenere aperta la valvola di aspirazione per tutto il campo massimo desiderato del ciclo, e i mezzi elettronici di controllo agiscono sulle rispettive elettrovalvole per abilitare l'apertura delle valvole di aspirazione secondo la modalità desiderata. Ancora con riferimento al ciclo "Miller", esso può essere utilizzato per ottenere un effetto inverso, ossia una diminuzione di temperatura per diminuire la quantità di' NO,,, allo scarico.
In una ulteriore modalità di funzionamento del motore secondo l'invenzione, che viene sfruttata per ovviare ai problemi derivanti dall'inerzia del gruppo turbo-compressore nei regimi transitori, si comanda un'apertura anticipata della valvola di scarico nel normale ciclo di funzionamento del motore. In questo modo, i gas di scarico giungono alla turbina del gruppo turbo-compressore con entalpia più alta in modo che questo può rispondere più prontamente alla richiesta dell'utilizzatore nei regimi transitori.
Come si vede, la filosofia di base dell'invenzione è quello di predisporre camme che presentino un profilo complesso, tale da tendere a comandare l'apertura delle valvole di aspirazione e di scarico in diverse fasi del ciclo del motore, sfruttando poi il sistema di azionamento variabile delle valvole per abilitare o disabilitare le varie porzioni del profilo delle camme così da ottenere diverse possibili modalità di funzionamento del motore, selezionabili ad esempio dall'utilizzatore o anche comandabili elettronicamente dai suddetti mezzi elettronici di controllo in funzione delle condizioni di funzionamento del motore.
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 un disegno schematico che illustra il principio di funzionamento di una valvola ad azionamento variabile di un motore a combustione interna,
le figure 2, 3 sono viste in sezione di un particolare del comando delle valvole di scarico in una forma preferita di attuazione del motore secondo l’invenzione,
la figura 4 è una vista schematica del sistema di comando delle valvole di aspirazione nel motore secondo l'invenzione,
le figure 5, 6 sono viste delle camme dell'esempio di attuazione secondo l'invenzione, associate rispettivamente alle valvole di aspirazione e di scarico,
la figura 7 è un diagramma che illustra il moto dello stantuffo associato ad una camma di comando di una valvola di aspirazione,
la figura 8 è un diagramma che illlustra il moto dello stantuffo associato alla camma di comando di una valvola di scarico,
la figura 9 è un diagramma che illustra le alzate delle valvole di aspirazione e di scarico nella modalità di funzionamento del motore come freno,
le figure 10, 11, 12 e 13 sono diagrammi che illustrano il funzionamento del motore nella suddetta modalità di frenatura (braking),
la figura 13 mostra ancora le alzate delle valvole nella modalità di funzionamento dome freno, ai diversi regimi del motore,
la figura 14 illustra un diagramma che mostra le alzate delle valvole in una modalità di funzionamento del motore secondo il ciclo <l >'Curtill'',
la figura 15 è un diagramma che illustra con linea continua le alzate delle valvole di aspirazione e di scarico nel normale ciclo di funzionamento del motore, e con linea tratteggiata le alzate della valvola di aspirazione nella modalità secondo il ciclo "Miller" e della valvola di scarico nella modalità anti-turbo lag.
La figura 1 mostra schematicamente il principio di funzionamento di un sistema di azionamento variabile di una valvola di un motore a combustione interna. Il numero 1 indica nel suo insieme la valvola (che potrebbe essere una valvola di aspirazione o una valvola di scarico, associata ad un rispettivo condotto 2 (di aspirazione o di scarico) ricavato in una testa 3 di un motore a combustione interna. La valvola 1 viene richiamata verso la sua posizione di chiusura (verso l'alto, con riferimento alla figura 1) da una molla 4 mentre è comandata in apertura da un pistoncino 5 agente sull'estremità superiore dello stelo della valvola. Il pistoncino 5 è a sua volta comandato tramite l'olio in pressione esistente in una camera 6 da uno stantuffo 7 portante un bicchierino 8 che coopera con una camma 9 di un albero a camme 10. Il bicchierino 8 è mantenuto da una molla 11 in contatto di strisciamento con la camma 9. La camera in pressione 6 può essere collegata con un condotto 12, a sua volta comunicante con un accumulatore di pressione 13, tramite l'otturatore 14 di un'elettrovalvola 15 che viene pilotata da mezzi elettronici di controllo (non illustrati) in funzione delle condizioni di funzionamento del motore. Quando l'elettrovalvola Γ5 viene aperta, l'olio in pressione esistente nella camera 6 si scarica, per cui la valvola 1 si richiude rapidamente sotto l'effetto della sua molla di richiamo 14.
Quando l'elettrovalvola 15 è chiusa, l'olio esistente nella camera 6 trasmette i movimenti dello stantuffo 7 al pistoncino 5 e di conseguenza alla valvola 1, per cui la posizione della valvola 1 è determinata dalla camma 9. In altre parole, la camma 9 comanda normalmente l'apertura della valvola 1 secondo un ciclo che dipende dal profilo della camma, ma essa può essere "disabilitata" ogni volta che lo si desidera aprendo l'elettrovalvola 15, così da interrompere il collegamento , fra lo stantuffo 7 e la valvola 1.
La presente invenzione si riferisce all'applicazione di un sistema di azionamento variabile delle valvole del tipo sopra descritto ad un motore a ciclo diesel per autocarri, piuricilindrico, sovralimentato con turbocompressore azionato dai gas di scarico.
Le figure 2, 3 illustrano a titolo di esempio il particolare del comando delle valvole di scarico di una forma preferita di attuazione del motore secondo l'invenzione. In tali figure, il riferimento CE indica una camma che controlla l'apertura di due valvole di scarico E (figura 3) associate ad un cilindro del motore. Le due valvole E presentano rispettive molle di richiamo 4 e sono controllate alla loro estremità superiore da due rispettivi pistoncini 5 che sono affacciati a due condotti 6a. Tali condotti sfociano nelle due camere in pressione 6 alle quali sono pure affacciati due stantuffi 7, provvisti ciascuno di una rispettiva molla di richiamo 11. I due stantuffi 7 sono comandati simultaneamente da un ponticello 16 montata in modo snodato ad un'estremità di un bilanciere 17 che è sopportato in modo articolato intorno ad un asse 18 dalla struttura della testa 3 del motore- L'altra estremità del bilanciere porta un rullo seguicamma 19 che è in contatto con la camma CE dell'albero a camme 10. Come si vede, nella disposizione sopra descritta, a differenza di quanto illustrato nella figura 1, gli assi delle valvole E sono contenuti in un piano differente rispetto agli assi degli stantuffi 7. Ciò è consentito dal fatto che il moto degli stantuffi 7 è trasmesso alle valvole idraulicamente, tramite l’olio in pressione esistente nelle camere 6 e nei condotti 6a.
La figura 4 illustra schematicamente il comando delle valvole di aspirazione del motore secondo l'invenzione, in cui una camma C^. agisce su uno stantuffo 7 provvisto di rispettiva molla 11, e affacciato alla camera in pressione 6 che a sua volta controlla simultaneamente i due pistoncini 5 associati a due valvole di aspirazione I di ciascun cilindro del motore.
Le figure 5, 6 illustrano il profilo della camma C.,. di azionamento delle valvole di aspirazione e della camma CE di azionamento delle valvole di scarico in una forma preferita di attuazione dell'invenzione. Come si vede, ciascuna di tali camme presenta un profilo complesso, diverso da quello tradizionale, al fine di provocare l'apertura delle valvole di aspirazione e di scarico non solo nelle fasi tradizionali, come previsto in un convenzionale ciclo di funzionamento del motore, ma anche in fasi aggiuntive, secondo modalità diverse di funzionamento del motore che sono selezionabili tramite il sistema di azionamento variabile delle valvole, che è in grado di abilitare o disabilitare a piacere porzioni del profilo delle camme.
Le figure 7, 8 sono due diagrammi che possono essere considerati sostanzialmente come un diverso modo di rappresentare i profili delle camme C-,. e CJJ.. La figura 7 illustra infatti lo spostamento dello stantuffo 7 associato alle valvole di aspirazione I in funzione dell’angolo di rotazione dell'albero motore. Poiché lo spostamento dello stantuffo 7 è direttamente legato al profilo della camma di comando CI# ne segue che il diagramma di figura 7 può essere considerato una rappresentazione di tale profilo. In tale diagramma, con PMS e PMI sono indicate le posizioni angolari corrispondenti al punto morto superiore e al punto morto inferiore dello stantuffo associato al cilindro considerato del motore. La figura 8, analogamente, mostra lo spostamento dello stantuffo 7 associato alle valvole di scarico E e può essere pertanto considerato come un'ulteriore rappresentazione del profilo della camma CE di azionamento delle valvole di scarico.
Nei diagrammi delle figure 7, 8 con F sono indicati i campi angolari del ciclo del motore in cui, nel normale funzionamento del motore in combustione, le elettrovalvole associate al sistema di azionamento variabile delle valvole sono mantenute chiuse, per cui le valvole di aspirazione e scarico I ed E vengono comandate dalle rispettive camme e CE . In altre parole, nel normale funzionamento del motore in combustione, le valvole di aspirazione I subiscono l'azione delle camme C.,. soltanto nel campo compreso fra 300° e 480°, mentre le valvole di scarico "sentono<1>' le rispettive camme soltanto nel campo compreso fra 70° e 300°, all'incirca. Pertanto, se il motore dovesse sempre funzionare secondo il ciclo convenzionale, sarebbe sufficiente che le camme presentassero la porzione del loro profilo che è attiva in corrispondenza dei suddetti campi angolari. Come risulta invece evidente dalle figure 7, 8, i profili delle camme del motore secondo l'invenzione sono tali da provocare alzate aggiuntive delle valvole anche al di fuori dei suddetti campi angolari, per permettere di ottenere cicli di funzionamento diversi. Come già sopra indicato, spetta ai mezzi elettronici di controllo del sistema di azionamento variabile delle valvole, di controllare le rispettive elettrovalvole per abilitare o disabilitare le varie porzioni dei profili delle camme del motore così da ottenere selettivamente dette diverse modalità di funzionamento del motore.
Nella modalità di funzionamento normale del motore, le alzate delle valvole di aspirazione e di scarico sono quelle visibili con linea a tratto continuo nel diagramma della figura 15 che mostra lo spostamento delle valvole di aspirazione e di scarico ai vari angoli motore. Nel normale ciclo di funzionamento del motore, all'angolo 0 corrisponde l'esplosione, con lo stantuffo al punto morto superiore nel cilindro. A partire da tale posizione, si susseguono quindi le quattro fasi di espansione, scarico, aspirazione e compressione rispettivamente nei campi angolari di 0 "-180°, 180°- 360", 360"- 540" e 540°- 720". Con riferimento ancora alla figura 15, si vede come le valvole di aspirazione e di scarico vengano comandate in modo da aprirsi secondo il ciclo tradizionale di funzionamento del motore, sostanzialmente in corrispondenza della fase di aspirazione e di scarico. Tale modo convenzionale di apertura delle valvole di aspirazione e di scarico viene comandato dalle rispettive camme Cj e CE- nei campi angolari F illustrati nelle figure 7, 8 in cui tali camme sono " abilitate'' a comandare le rispettive valvole dai mezzi elettronici di controllo.
Secondo l’invenzione, il motore è in grado di operare in una prima modalità di funzionamento alternativa al normale modo di funzionamento del motore, per ottenere un effetto frenante. Il problema della frenatura di grossi autocarri, particolarmente in condizioni di frenatura prolungata, come su lunghe discese a pieno carico, è critico. Secondo l'invenzione, quando occorra far operare il motore come freno, i mezzi elettronici di controllo provvedono a comandare le rispettive elettrovalvole in modo da mantenerle chiuse, abilitando le rispettive camme, soltanto nei campi indicati con B nelle figure 7, 8. In tal modo, le valvole di aspirazione e di scarico non "sentono’' la parte del profilo delle camme che normalmente comanda l'apertura delle valvole nel ciclo normale di funzionamento del motore, ma sentono invece ulteriori porzioni di tale profilo, che determinano una diversa modalità di funzionamento delle valvole, come illustrato nella figura 9. Tale figura illustra un diagramma simile a quello della figura 15 che mostra come si modifichino le alzate delle valvole di aspirazione e di scarico nel modo di funzionamento del motore come freno. In tale modo di funzionamento, sostanzialmente durante ogni corsa di risalita dello stantuffo nel cilindro dal punto morto inferiore al punto morto superiore le valvole di aspirazione e di scarico vengono mantenute chiuse, per cui il motore in tale fase funziona come un compressore assorbendo potenza. Tuttavia, al temine di ogni corsa di risalita dello stantuffo la valvola di scarico viene aperta (porzione a nel diagramma) per cui la pressione massima nel cilindro non supera un certo valore predeterminato. Questo viene fatto al fine di evitare che nella successiva corsa di discesa l'aria compressa restituisca tutta la potenza precedentemente assorbita, così da far venir meno l'effetto frenante, cosa che si verificherebbe se il volume di aria all'interno del cilindro rimanesse sempre lo stesso, così da comportarsi come una molla. La valvola di scarico viene mantenuta aperta anche nella prima parte di ciascuna corsa di discesa dello stantuffo (tratto b nel diagramma) in modo tale per cui durante la discesa dello stantuffo dell'aria viene aspirata all'interno del cilindro dal collettore di scarico. Si ottiene così una diminuzione della portata di aria attraverso la turbina del turbocompressore di sovralimentazione, il che permette di mantenere il rendimento di tale turbocompressore abbastanza elevato. Infatti, nella modalità di funzionamento come freno che è sopra descritta, si ottiene in effetti un ciclo a due tempi, con una corsa attiva di compressione ad ogni risalita dello stantuffo verso il punto morto superiore, ed una fase di aspirazione con riempimento totale del cilindro ad ogni discesa dello stantuffo. Operando in tal modo (nella modalità di funzionamento come freno ovviamente non viene iniettato combustibile nel cilindro) si verificherebbe un raddoppiamento della portata di aria attraverso il compressore del turbocompressore, rispetto alla portata che viene inviata a tale compressore nel normale ciclo di funzionamento in combustione del motore. Ciò determinerebbe una drastica riduzione del rendimento del turbo-compressore con conseguente insufficiente compressione dell'aria aspirata nel cilindro. L'aspirazione di aria dal condotto di scarico permette di ovviare a tale inconveniente. Come si vede, inoltre, nella seconda fase della discesa dello stantuffo nel cilindro anche la valvola di aspirazione viene aperta, così da riempire completamente il cilindro di aria ed essere pronti per una successiva fase di compressione, con la salita dello stantuffo verso il punto morto superiore, nel corso della quale entrambe le valvole sono chiuse. Come già detto, la suddetta modalità di funzionamento del motore come freno viene ottenuta facilmente in quanto le camme del motore presentano porzioni di profilo atte a comandare l'apertura delle valvole nella modalità di funzionamento normale del motore e nella modalità di funzionamento come freno, i mezzi elettronici di controllo comandando le elettrovalvole del sistema di azionamento variabile delle valvole così da abilitare e disabilitare le suddette porzioni di profilo in funzione della modalità di funzionamento desiderata.
Nella figura 9, per maggior precisione sono state indicate con linea a tratto continuo le alzate teoriche calcolate delle valvole e con linea tratteggiata le alzate che si verificano in pratica, per effetto della presenza dell'olio fra camma e valvola.
Le figure 10, 11, 12 illustrano il funzionamento del motore nella modalità di funzionamento come freno. La figura 10 illustra l'andamento della pressione nel cilindro ad un regime di 2400 rpm. La pressione massima nel cilindro non viene raggiunta in corrispondenza del punto morto superiore, ma un po' prima di esso, per effetto dell’apertura della valvola di scarico nella fase 3⁄4 illustrata nella figura 9.
La figura 11 è un diagramma che illustra l'andamento della pressione nel collettore di aspirazione, nel collettore di scarico e nel cilindro. Infine, la figura 12 mostra un diagramma che illustra la portata massica attraverso le valvole di aspirazione e di scarico, sempre nel funzionamento come freno. Occorre ancora osservare che nella figura 9 con linea a tratto e punto è illustrato lo spostamento dello stantuffo nel cilindro, al fine di mostrare l’assenza di interferenza fra lo stantuffo stesso e la valvola di scarico quando quest'ultima viene aperta e lo stantuffo è in prossimità del punto morto superiore.
La figura 13, infine, è un diagramma simile alla figura 9 che mostra come l'apertura delle valvole di aspirazione e di scarico nella modalità di funzionamento come freno possa comunque essere variata in funzione del regime del motore. Il diagramma mostra infatti le diverse alzate delle valvole ai diversi regimi del motore.
La figura 14 illustra un'ulteriore modalità di funzionamento del motore in cui viene realizzato un ciclo di funzionamento del tipo "Curtill<1>'. In tale ciclo, oltre alle normali fasi di apertura della valvola di aspirazione e di scarico corrispondenti al ciclo tradizionale, si realizza una fase aggiuntiva di apertura della valvola di scarico illustrata con linea tratteggiata in figura. Come già chiarito in precedenza, grazie a tale apertura aggiuntiva della valvola di scarico nella parte finale della fase di aspirazione e nella parte iniziale della fase di compressione si ottiene un migliore riempimento del cilindro. Infatti, nella prima parte a di tale apertura aggiuntiva della valvola di scarico, un po' di carica di aria fresca passa direttamente dall'aspirazione allo scarico, mentre nella seconda parte b l'aria immessa nello scarico torna nel cilindro per effetto della sovra pressione che si è nel frattempo determinata nel collettore di scarico per effetto degli altri cilindri che sono in fase di scarico. Nel motore secondo l'invenzione, i mezzi elettronici di controllo sono atti a comandare le rispettive elettrovalvole per realizzare la suddetta apertura aggiuntiva della valvola di scarico, secondo il ciclo di Curtill, soltanto in corrispondenza di alcuni regimi del motore in cui tale apertura aggiuntiva è vantaggiosa, mentre essa viene eliminata nei regimi in cui è dannosa.
La figura 15, infine mostra con linea a tratto continuo le alzate della valvola di aspirazione e della valvola di scarico nel ciclo normale di funzionamento del motore, mentre con linea tratteggiata rispettivamente l'alzata della valvola di aspirazione in un'ulteriore modalità di funzionamento che realizza il cosiddetto ciclo ''Miller'* e l'alzata della valvola di scarico in ancora un'ulteriore modalità di funzionamento che serve a ridurre il cosiddetto fenomeno/effetto di "turbo lag" ossia l'inerzia del turbocompressore a rispondere alla richiesta dell'utilizzatore nei regimi di transitorio. In particolare, nel primo caso la chiusura della valvola di aspirazione viene anticipata o posticipata (nel caso illustrato nella figura 15 essa viene posticipata) per ottenere una diminuzione od un aumento del rapporto di compressione. Se ad esempio la chiusura della valvola di aspirazione viene posticipata, la fase di compressione inizia quando lo stantuffo è già risalito rispetto al punto morto inferiore, per cui il rapporto di compressione è diminuito. Questo permette di diminuire la temperatura raggiunta e conseguentemente di diminuire gli N0X allo scarico. Viceversa, aumentando il rapporto di compressione si ottiene un aumento della temperatura della carica compressa, il che è vantaggioso per favorire ad esempio l'avviamento a freddo del motore.
Nel caso invece della modalità di funzionamento per ridurre il "turbo lag" (diagramma tratteggiato a sinistra nella figura 15) l'apertura della valvola di scarico viene anticipata ed aumentata, per fare in modo che i gas di scarico abbiamo più entalpia, cosi da ridurre gli effetti negativi dovuti all'inerzia del turbo-compressore nei regimi transitori.
Come si vede pertanto dalla descrizione che precede, l'invenzione propone un motore diesel per autocarri, particolarmente di tipo sovralimentato con turbo-compressore azionato dai gas di scarico, che è dotato di un sistema di azionamento variabile delle valvole ed in cui le camme di comando delle valvole di aspirazione e di scarico presentano un profilo tale per cui esse sono atte a comandare le valvole non soltanto nelle normali fasi di apertura all'interno di un ciclo normale di funzionamento del motore, ma anche in fasi aggiuntive del ciclo, per cui i mezzi elettronici di controllo, che fanno parte del sistema di azionamento variabile delle valvole, sono in grado di abilitare e disabilitare le corrispondenti porzioni dei profili delle camme, cosi da realizzare una pluralità di diverse modalità di funzionamento del motore selezionabili in funzione delle condizioni di utilizzazione del motore stesso. I mezzi elettronici di controllo possono essere predisposti per realizzare la selezione delle varie modalità di funzionamento automaticamente, in funzione delle condizioni di funzionamento del motore o, ad esempio nel caso della modalità di funzionamento come freno, su richiesta dell'utilizzatore.
Un’ulteriore caratteristica preferita dell'invenzione è costituita in particolare dal modo, che è stato sopra descritto, con cui viene realizzata la modalità di funzionamento del motore come freno, che permette di ottenere una frenatura efficace dell'autoveicolo con mezzi semplici e in misura variabile in funzione del regime del motore.
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.
E' evidente, ad esempio, che la geometria delle camme del motore secondo l'invenzione potrebbe anche essere diversa da quella illustrata a titolo esemplificativo nei disegni annessi. Lo stesso vale naturalmente per la disposizione e la geometria del dispositivo di comando delle punterie idrauliche.
Secondo l'invenzione, è essenziale che le camme vengano progettate per realizzare, in aggiunta al normale ciclo di funzionamento del motore, almeno la modalità di funzionamento come freno. La predisposizione di camme atte a realizzare anche le ulteriori modalità di funzionamento che sono state sopra descritte è ovviamente preferita e non si può escludere, evidentemente, neanche il caso che siano previste ancora ulteriori modalità di funzionamento diverse da quelle sopra descritte.
In conclusione, grazie all'invenzione è possibile ottenere con mezzi semplici un motore pluricilindrico a ciclo diesel per autocarri, di tipo sovralimentato con turbo-compressore, che è in grado di operare secondo diverse modalità di funzionamento in modo da realizzare diverse possibili richieste, come ad· esempio frenatura dell'autoveicolo, riduzione delle emissioni nocive, facilità di avviamento a freddo, riduzione dell'effetto "turbo-lag”, possibilità di ricircolo interno dei gas di scarico.
Naturalmente, l'invenzione è applicabile anche ad un motore non sovralimentato.

Claims (7)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Motore pluricilindrico a ciclo diesel, comprendente : - almeno una valvola di aspirazione (I) ed almeno una valvola di scarico (E) per ciascun cilindro, provviste ciascuna di rispettivi mezzi elastici (4) che richiamano la valvola nella posizione chiusa, per controllare i rispettivi condotti di aspirazione e scarico, - un albero a camme (10), per azionare le valvole di aspirazione e scarico (I, E) dei cilindri del motore tramite rispettive punterie (7), ciascuna valvola di aspirazione e ciascuna valvola di scarico essendo comandata da una camma (C-,., CE) di detto albero a camme (10), - in cui ciascuna di dette punterie (7) comanda la rispettiva valvola di aspirazione e scarico (I, E), contro l’azione di detti mezzi elastici di richiamo (4), tramite interposizione di mezzi idraulici includenti una camera di fluido in pressione (6), - la camera di fluido in pressione (6) associata a ciascuna valvola di aspirazione (I) e a ciascuna valvola di scarico (E) essendo collegabile tramite un elettrovalvola (15) con un canale di uscita (12), per disaccoppiare la valvola dalla rispettiva punteria (7) e provocare la chiusura rapida della valvola sotto l'azione dei rispettivi mezzi elastici di richiamo -(4), - mezzi elettronici di controllo di ciascuna elettrovalvola (15), per variare il tempo e la corsa di apertura della rispettiva valvola di aspirazione o scarico (I, E) in funzione di uno o più parametri di funzionamento del motore, caratterizzato dal fatto che ciascuna camma dell'albero a camme (10) presenta un profilo tale da tendere a provocare l'apertura della rispettiva valvola di aspirazione o scarico (I, E) da essa controllata non soltanto nella fase convenzionale di apertura all'interno del normale ciclo di funzionamento del motore, ma anche in corrispondenza di fasi aggiuntive del ciclo, e dal fatto che detti mezzi elettronici di controllo sono atti a comandare l'apertura di ciascuna elettrovalvola (15), così da mantenere chiusa la rispettiva valvola di aspirazione o scarico (I, E) durante la suddetta fase convenzionale e/o durante una o più delle suddette fasi aggiuntive in cui la rispettiva camma tenderebbe a provocare l'apertura della valvola, per cui il motore può essere fatto funzionare selettivamente secondo diverse modalità operative controllando dette elettrovalvole (15).
  2. 2. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elettronici sono atti a realizzare una modalità di funzionamento del motore come freno, in cui non viene iniettato combustibile nei cilindri, ed in cui ciascuna elettrovalvola (15) viene controllata in modo tale da mantenere chiuse le valvole di aspirazione e di scarico (I, E) di ciascun cilindro sostanzialmente durante ogni fase di salita del rispettivo stantuffo dal punto morto inferiore al punto morto superiore, così da sfruttare la potenza assorbita ad ogni corsa di salita dello stantuffo per ottenere un effetto frenante, detti mezzi elettronici essendo pure atti a consentire l'apertura di ciascuna valvola di scarico, mediante chiusura della rispettiva elettrovalvola (15) poco prima del raggiungimento del punto morto superiore da parte dello stantuffo, per effetto della spinta della rispettiva camma (CE).
  3. 3. Motore secondo la rivendicazione 2, in cui detto motore è un motore sovralimentato con un turbo-compressore azionato dai gas di scarico, caratterizzato dal fatto che in detta modalità di funzionamento del motore come freno la valvola di scarico (E) viene mantenuta aperta durante una prima parte della discesa dello stantuffo dal punto morto superiore, cosi da aspirare aria all'interno del cilindro dal condotto di scarico, per ridurre la portata di aria inviata al turbo-compressore.
  4. 4. Motore secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che nella suddetta modalità di funzionamento come freno la valvola di aspirazione viene mantenuta aperta nella parte finale della corsa di discesa dello stantuffo verso il punto morto inferiore.
  5. 5. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il profilo della camma (CE) che controlla ciascuna valvola-di scarico (E) è tale da provocare una fase aggiuntiva di apertura della valvola di scarico (E) nell'intorno della fase finale dell'aspirazione, così da realizzare un ciclo di funzionamento del tipo Curtill, detti mezzi elettronici essendo atti a disabilitare detta camma, così da eliminare la suddetta apertura aggiuntiva della valvola di scarico (E) in determinati regimi di funzionamento del motore.
  6. 6. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elettronici di controllo sono atti a variare l'istante di chiusura della valvola di aspirazione, rispetto al normale ciclo di funzionamento del motore per variare il rapporto di compressione in funzione delle condizioni di funzionamento del motore
  7. 7. Motore secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detti mezzi elettronici di controllo sono atti ad anticipare 1'istanti di apertura della valvola di scarico rispetto al normale ciclo di funzionamento del motore, per ridurre l'effetto di "turbo-lag". Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.
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