ITTO980060A1

ITTO980060A1 - Perfezionamenti ai motori a combustione intenra con valvole ad azionam ento variabile.

Info

Publication number: ITTO980060A1
Application number: IT98TO000060A
Authority: IT
Inventors: Stefano Albanello; Francesco Vattaneo; Lorentino Macor
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 1998-01-23
Filing date: 1998-01-23
Publication date: 1999-07-23
Also published as: EP0931912A2; DE69900060T2; EP0931912B1; US6053136A; ES2157691T3; DE69900060D1; EP0931912A3

Description

DESCRIZIONE deH’invenzione industriale dal titolo:

"Perfezionamenti ai motori a combustione interna con valvole ad azionamento variabile”,

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai motori a combustione interna, del tipo noto 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 dei rispettivi condotti di aspirazione e scarico con il cilindro,

- 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 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 in funzione di uno o più parametri di funzionamento del motore, e

- un accumulatore di pressione comunicante con detta camera in pressione.

Un motore del tipo sopra indicato è ad esempio descrìtto ed illustrato nella domanda di brevetto europea EP-A-0 803 642 della stessa Richiedente.

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, punteria, ed eventuale bilanciere), nel sistema noto sopra descrìtto 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.

Studi ed esperienze condotte dalla Richiedente hanno tuttavia mostrato che i motori del tipo sopra indicato che sono stati realizzati fino ad oggi possono presentare qualche inconveniente di funzionamento, soprattutto in fase di avviamento del motore. Tali inconvenienti sono dovuti al fatto che l'olio in pressione inviato alla suddetta camera facente parte del sistema di azionamento variabile delie valvole è alimentato normalmente dalla pompa del circuito di lubrificazione del motore. Quando il motore viene spento, la pressione nella camera scende progressivamente fino al valore della pressione ambiente. Quando il motore viene nuovamente avviato, viene nuovamente inviata pressione alla suddetta camera, in modo da ristabilire le necessarie condizioni di funzionamento del sistema di azionamento idraulico delle valvole. Naturalmente, esiste il problema di garantire nel più breve tempo possibile l’invio di fluido in pressione nella camera. La predisposizione dell’accumulatore di pressione sopra citato non consente di per sé di risolvere in modo soddisfacente tale problema, in quanto durante l’arresto del motore, anche la pressione entro tale accumulatore tende a scendere a causa degli inevitabili trafilamenti di olio.

Lo scopo della presente invenzione è quello di ovviare ai suddetti inconvenienti.

in vista di raggiungere tale scopo, l’invenzione ha per oggetto un motore a combustione interna avente tutte le caratteristiche indicate all’inizio della presente descrizione e caratterizzato inoltre dal fatto che comprende un accumulatore di pressione ausiliario, includente:

- un involucro rigido,

- uno stantuffo mobile entro l’involucro rigido e definente una camera a volume variabile collegata con detto canale di uscita e con detta camera in pressione,

- mezzi elastici interposti fra lo stantuffo ed una parete di estremità dell’involucro rigido e tendenti a spingere detto stantuffo verso una posizione di riposo in cui il volume di detta camera è minimo, - mezzi d'arresto ad arpionismo definenti una serie di successive posizioni di arresto in cui lo stantuffo viene trattenuto, a mano a mano che esso si sposta contro l’azione dei suddetti mezzi elastici per effetto di un aumento di pressione nella camera a volume variabile, e

- mezzi per disattivare i suddetti mezzi di arresto all’awiamento del motore, così da provocare un ritorno rapido dello stantuffo nella sua posizione di riposo, sotto l’azione di detti mezzi elastici.

Grazie a tali caratteristiche, l'accumulatore di pressione ausiliario presenta un funzionamento di tipo unidirezionale in quanto il suo stantuffo è in grado di spostarsi quando la camera a volume variabile deve aumentare a seguito di un aumento di pressione, ma rimane invece nella posizione raggiunta qualora la pressione ridiscenda. Pertanto, durante il funzionamento del motore successivamente ad un avviamento, lo stantuffo dell’accumulatore di pressione si sposta progressivamente verso la sua posizione corrispondente al volume massimo della camera dell’accumulatore, a mano a mano che la pressione dell’olio del circuito di lubrificazione aumenta fino a raggiungere ii suo massimo (ad esempio nell’ordine di 4.5 bar). Se il motore viene spento, la pressione nella camera dell’accumulatore rìdiscende progressivamente fino alla pressione ambiente, a causa degli inevitabili trafilamenti di olio, ma ciò nonostante lo stantuffo dell'accumulatore rimane nella posizione corrispondente al volume massimo che la camera dell’accumulatore ha raggiunto durante il precedente funzionamento del motore, in quanto ivi trattenuto dai mezzi di arresto ad arpionismo. Quando poi il motore viene nuovamente avviato, i suddetti mezzi di disattivazione intervengono provocando il ritorno rapido dello stantuffo dell’accumulatore nella sua posizione di riposo, sotto l’azione dei rispettivi mezzi elastici, cosi da garantire che olio in pressione venga prontamente inviato alla camera in pressione del sistema di azionamento variabile delle valvole.

In una forma preferita di attuazione, i suddetti mezzi atti a disattivare i mezzi ad arpionismo sono a comando elettromagnetico.

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 schematica di un sistema di azionamento variabile di una valvola di un motore a combustione interna secondo la tecnica nota,

la figura 2 è una vista in sezione schematica di un accumulatore di pressione facente parte del motore secondo l’invenzione, e

le figure 3, 4 sono viste in sezione dello stesso accumulatore della figura 2 in due differenti condizioni di funzionamento.

La figura 1 mostra schematicamente il principio di funzionamento di un sistema di azionamento variabile di una valvola di un motore a combustione interna secondo la tecnica nota. Il numero 1 indica nel suo insieme la valvola (che potrebbe essere una valvola di aspirazione od 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 15 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.

Come già sopra indicato, allo scopo di garantire il pronto funzionamento del sistema di azionamento variabile delle valvole anche in fase di avviamento del motore, il motore secondo l’invenzione, comprende un accumulatore ausiliario 43 che è illustrato nella figura 2. Con riferimento a tale figura, l’accumulatore 43 comprende un involucro rigido 16 di forma cilindrica, all'interno del quale è montato scorrevole uno stantuffo 17 che definisce una camera a volume variabile 28 comunicante con una linea di alimentazione di olio in pressione (ad esempio proveniente dal circuito di lubrificazione del motore) comunicante con tutti i canali 12 associati ai vari cilindri del motore. Le figure 3, 4 illustrano lo stesso accumulatore della figura 2 rispettivamente nella condizione di volume minimo e volume massimo della camera 28. La figura 2 illustra l’accumulatore in una condizione di volume intermedio di tale camera.

Una molla 18 è interposta assialmente fra lo stantuffo 17 ed una parete d’estremità 16a dell’involucro 16, avente un’apertura centrale di sfiato 16b.

Quando lo stantuffo 17 si sposta verso l'alto (con riferimento ai disegni) a seguito di un aumento della pressione nella camera 28, esso raggiunge in successione una serie di posizioni d’arresto a seguito dell’impegno di un nottolino 19 su una pluralità di superfici anulari di battuta 20 dello stantuffo 17, che risultano definite per il fatto che lo stantuffo presenta una serie di porzioni tronco coniche 17a convergenti tutte nella stessa direzione, intervallate a porzioni cilindriche 17b. Il nottolino 19 è costituito da un perno montato scorrevole entro un foro radiale 21 ricavato nella parete dell’involucro rigido 16 e attraverso il corpo 22 di un attuatore elettromagnetico associato all’involucro 16. L'attuatore 22 comprende un solenoide 23 che può essere eccitato per richiamare il nottolino 19 verso una posizione di disimpegno dallo stantuffo 17, radialmente verso l’esterno, contro l’azione di una molla elicoidale 24. La molla 24 è disposta all’interno del corpo 22, fra una parete d’estremità di quest’ultimo ed un piattello 25 fissato alla base del perno 19.

Durante il funzionamento del motore, a mano a mano che la pressione nel circuito di lubrificazione aumenta fino a raggiungere il suo valore massimo (ad esempio nell’intorno di 4,5 bar) lo stantuffo 17 si sposta progressivamente verso l’alto (con riferimento ai disegni) contro l’azione della molla 18 arrestandosi successivamente nelle varie posizioni definite dall’impegno del nottolino 19 contro una rispettiva superficie di battuta 20. Pertanto, lo stantuffo 17 si sposta progressivamente dalla condizione illustrata nella figura 3 alla condizione illustrata nella figura 4, o fino ad una posizione fra esse intermedia, qualora il motore venga spento prima del raggiungimento della posizione illustrata nella figura 4. In ogni caso, quando il motore viene spento e la pressione nella camera 28 toma a scendere, lo stantuffo 17 rimane nella posizione raggiunta, in quanto trattenuto dal nottolino 19. Quando poi il motore viene nuovamente avviato, tale avviamento provoca la momentanea eccitazione della bobina 23 ed la conseguente liberazione dello stantuffo 17 che quindi ritorna a scatto nella sua posizione di riposo illustrata nella figura 3, sotto l’azione della molla 18, garantendo in tal modo il rapido ritorno di fluido in pressione nella camera in pressione 6 del sistema di azionamento variabile delle valvole.

Naturalmente, fermo restando al 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.

Ad esempio, la conformazione del nottolino 19, dello stantuffo 17 ed il modo con cui essi cooperano fra loro possono essere del tutto diversi da quanto sopra illustrato a puro titolo di esempio. Lo stesso vale per i mezzi atti a disattivare i mezzi d'arresto dello stantuffo 17.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna, comprendente: - almeno una valvola di aspirazione ed almeno una valvola di scarico per ciascun cilindro, provviste ciascuna di rispettivi mezzi elastici (4) che richiamano la valvola nella posizione chiusa, per controllare la comunicazione tra i rispettivi condotti di aspirazione e scarico (2) e il cilindro, - un albero a camme (10), per azionare le valvole di aspirazione e scarico dei cilindri del motore tramite rispettive punterie (7), ciascuna valvola di aspirazione e ciascuna valvola di scarico essendo comandata da una camma (9) di detto albero a camme (10), - in cui almeno una di dette punterie (7) comanda la rispettiva valvola di aspirazione o scarico (1), contro l’azione di detti mezzi elastici di richiamo (4), tramite interposizione di mezzi idraulici includenti una camera di fluido in pressione (6), - detta camera di fluido in pressione (6) essendo collegabile tramite un’elettrovalvola (15) con un canale di uscita (12), per disaccoppiare la valvola (1) dalla rispettiva punteria (7) e provocare la chiusura rapida della valvola (1) 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 (1) in funzione di uno o più parametri di funzionamento del motore, - un accumulatore di pressione (13) comunicante con detta camera in pressione (6), caratterizzato dal fatto che detto motore comprende un accumulatore ausiliario (43) includente: - un involucro rigido (16), - uno stantuffo (17) mobile entro l'involucro rigido (16), e definente una camera a volume variabile (28) collegata con una linea di alimentazione del fluido ai canali di uscita (12) associati ai vari cilindri, - mezzi elastici (18) interposti fra lo stantuffo (17) ed una parete di estremità (16a) dell’involucro rigido (16) e tendenti a spingere detto stantuffo (17) verso una posizione in cui il volume di detta camera (18) è minimo, - mezzi di arresto ad arpionismo (19, 20) definenti una serie di successive posizioni di arresto dello stantuffo (17) in cui lo stantuffo viene trattenuto a mano a mano che esso si sposta contro l'azione dei suddetti mezzi elastici (18) per effetto di un aumento di pressione nella camera a volume variabile (28), - mezzi (23) per disattivare i suddetti mezzi di arresto (19, 20), all’avviamento del motore, così da provocare un ritorno rapido dello stantuffo (17) nella sua posizione di riposo, sotto l’azione dei suddetti mezzi elastici (18).
2. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i suddetti mezzi di disattivazione (23) sono di tipo elettromagnetico.
3. Motore secondo la rivendicazione i, caratterizzato dal fatto che detto stantuffo (17) presenta una serie di porzioni tronco-coniche (17a), convergenti tutte nella stessa direzione, alternate a porzioni cilindriche (17b), così da definire una pluralità di superfici anulari di battuta (20) atte a cooperare in successione con un nottolino (19) scorrevole in un foro radiale dell'involucro rìgido (16) dell’accumulatore ausiliario (43) e spinto da mezzi elastici (24) contro detto stantuffo (17), detti mezzi di disattivazione essendo costituiti da un solenoide (23) atto a richiamare il nottolino (19) verso una posizione di disimpegno dallo stantuffo (17). Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.