ITMI992442A1 - Dispositivo per comandare valvole a cambio di gas di un motore endotermico - Google Patents

Description

D E S C R I Z I O N E

Stato della tecnica

L'invenzione parte da un dispositivo per comandare valvole a cambio di gas in un motore endotermico conformemente al genere della definizione introduttiva della rivendicazione 1. Un tale dispositivo di comando, noto dal documento DE 32 43 013 C2, di valvole a cambio di gas presenta due gruppi di valvole per ogni camera di combustione del motore endotermico da alimentare, i cui organi valvolari sono disposti nella testa-cilindri del motore endotermico da alimentare. Al riguardo nel noto dispositivo sono previste rispettivamente due valvole di scarico e due valvole di ammissione per ogni camera di combustione di cilindro del motore endotermico. Le valvole in particolare presentano rispettivamente un'organo valvolare a fungo, che è scorrevole assialmente e alla propria estremità rivolta verso la camera di combustione presenta un piattello valvolare, che sporge nella camera di combustione del motore endotermico e sulla cui superficie lato-test-cilindri è prevista una superficie di tenuta valvolare. Con questa superficie di tenuta valvolare gli organi valvolari per comandare una sezione trasversale di ammissione o di scarico su una camera di combustione cooperano con una sede valvolare solidale al blocco, alla guale si raccordano corrispondenti canali di afflusso o di deflusso. Sulle estremità degli organi valvolari, lontane dalla camera di combustione, delle valvole di ammissione rispettivamente di scarico agisce un dispositivo di regolazione azionante le valvole a cambio di gas. Questo dispositivo di impostazione di azionamento in maniera convenzionale può essere eseguito in particolare come dispositivo di azionamento a camme, e tuttavia ad esempio dal documento DE 19511 320 C2 è anche noto il fatto di eseguire questo dispositivo di regolazione come dispositivo di impostazione elettroidraulico, con cui ogni singolo organo valvolare a cambio di gas è comandabile separatamente indipendentemente dal numero di giri del motore endotermico. Al riguardo questo comando valvolare separato ha il vantaggio consistente nel fatto che è possibile fare a meno dell'usuale regolazione con valvola a farfalla, laddove è possibile scegliere liberamente l'alzata e gli istanti di aperture e di chiusura delle valvole a cambio di gas, cosicché si può realizzare un comando valvolare pienamente variabile delle valvole a cambio di gas sul motore endotermico, con l'ausilio dei dispositivi di impostazione elettroidraulici in questione .

Al riguardo dal documento DE 32 43 013 C2 è noto il fatto di eseguire di uguale grandezza i piattelli valvolari delle valvole di ammissione reciprocamente nonché delle valvole di scarico reciprocamente, laddove in tal caso le singole valvole a cambio di gas possono essere comandate separatamente indipendentemente fra di loro mediante un procedimento di impostazione conforme al documento DE 19511 320 C2. La corrente di comando idraulica necessaria a tale scopo in corrispondenza dei dispositivi di impostazione viene in tal caso comandata mediante valvole magnetiche.

Al riguardo tuttavia per questi dispositivi variabili di comando valvolare a cambio di gas si verifica il problema consistente nel fatto che la rappresentazione di carichi bassi (ad esempio nel funzionamento al minimo) per un funzionamento del motore endotermico senza valvola a farfalla richiede alzate valvolari assai modeste degli organi valvolari di ammissione. Tali modesti movimenti di alzata valvolare in corrispondenza degli organi valvolari a cambio di gas tuttavia sono realizzabili soltanto con valvole magnetiche assai veloci presentanti in tal caso fianchi di commutazione assai ripidi.

In tal caso tuttavia è svantaggioso il fatto che questi fianchi di commutazione ripidi richiedono elevatissime potenze elettriche, che fanno aumentare il fabbisogno energetico dell'intero comando valvolare e pertanto influenzano negativamente il rendimento del comando valvolare. Inoltre con i fianchi di commutazione ripidi delle valvole magnetiche si producono oscillazioni di pressione nel circuito idraulico con elevatissimi massimi di pressione richiedenti un costoso forte dimensionamento degli elementi costruttivi. Inoltre per effetto dei massimi di pressione delle oscillazioni di pressione vengono eccitate forte emissioni di vibrazioni acustiche in solido richiedenti costosi accorgimenti per 1'inzonorizzazione .

Inoltre per le valvole a cambio di gas di scarico della nota modalità costruttiva si verifica il problema consistente nel fatto che l'apertura degli organi valvolari di scarico deve aver luogo contro la pressione residua nella camera di combustione di cilindro del motore endotermico, che in tal caso aumenta specialmente con il carico del motore endotermico e può assumere valori assai alti quando è attivata la funzione di freno-motore. In seguito a ciò la pressione idraulica del sistema di regolazione in corrispondenza degli organi valvolari a cambio di gas di scarico dovrà essere di valore tale che la risultante forza di apertura nell'organo di impostazione è decisamente superiore alla pressione interna nella camera di combustione, di contrasto al momento dell'inizio dell'apertura delle valvole di scarico, sui piattelli valvolari degli organi valvolari di scarico. Per una sicura apertura dell'organo valvolare di scarico, con carico grande e bassi numeri di giri oppure essendo attivato il freno-motore, è pertanto necessaria una pressione idraulica decisamente più alta di quella che si ha per carichi bassi sul motore endotermico, per i quali è necessario fornire unicamente la pressione idraulica sostanzialmente minore, necessaria per comandare con sincronismo del numero di giri la valvola a cambio di gas. Anche questo fatto descritto fa aumentare ancora una volta la necessaria potenza di azionamento in corrispondenza degli organi valvolari a cambio di gas delle valvole di scarico, che ancora una volta influenza negativamente il rendimento del dispositivo di comando di valvole a cambio di gas.

Vantaggi dell'invenzione

Il dispositivo secondo l'invenzione per comandare valvole a cambio di gas su un motore endotermico presenta invece il vantaggio consistente nel fatto che con l'impiego di piattelli valvolari di differente grandezza, sia sul lato di ammissione che sul lato di scarico è possibile ridurre il fabbisogno energetico per l'azionamento degli organi valvolari. Inoltre è possibile ridurre il rumore che si verifica in esercizio, mediante l'abbattimento di oscillazioni di pressione e i costi per gli elementi costruttivi si riducono grazie ad un più favorevole dimensionamento dei singoli elementi costruttivi. Al riguardo è particolarmente vantaggioso eseguire il rapporto diametrale fra un grande piattello di organo valvolare di ammissione ed un piccolo piattello di organo valvolare di ammissione superiore a circa 1,5:1, cosicché risulta possibile, per bassi carichi sul motore endotermico disinserire la valvola di ammissione con il grande piattello valvolare ed effettuare il comando dell'adduzione di gas fresco unicamente con la valvola di ammissione con il più piccolo diametro del piattello valvolare, sul quale quindi può aver luogo un'alzata dell'organo valvolare decisamente maggiore. Questo maggiore movimento di alzata dell'organo valvolare in particolare vantaggiosamente consente l'impiego di valvole magnetiche a commutazione lenta con fianchi di commutazione più piatti, che presentano il vantaggio consistente nel fatto di richiedere un minore fabbisogno energetico e minore spazio costruttivo e di evitare inoltre emissioni acustiche.

Al riguardo aggiuntivamente oppure alternativamente è anche possibile consentire mediante un mascheramento lato-camera di combustione, del piattello valvolare della valvola di ammissione, di minore diametro, consentire per piccole alzate valvolari un'ulteriore ingrandimento dell'alzata valvolare per piccoli carichi.

Prevedendo contemporaneamente differenti diametri di piattello valvolare di entrambi gli organi valvolari di scarico (preferibilmente nel rapporto diametrale di almeno 2:1) inoltre è possibile ridurre la pressione di impostazione minima idraulica, funzionalmente necessario, per aprire le valvole di scarico. Al riguardo in un primo momento viene aperta la valvola di scarico con il più piccolo piattello valvolare, sul quale quindi agisce una minore forza antagonista, e successivamente con pressione residua scesa nell'interno della camera di combustione di cilindro viene aperta la seconda valvola di scarico presentante il maggiore piattello valvolare. Anche da ciò si ottiene di nuovo un abbassamento della necessaria potenza di azionamento idraulica, il che influenza positivamente il fabbisogno energetico complessivo del dispositivo di comando valvolare e quindi il relativo rendimento.

Inoltre per piccoli numeri di giri e, oppure bassi carichi, ossia punti di esercizio con contropressione relativamente piccola del gas di scarico nell'istante dell'apertura della valvola di scarico è possibile anche l'azionamento esclusivo di soltanto una valvola di scarico, il che porta ad un'ulteriore riduzione dell'assorbimento di potenza del dispositivo di comando.

Evitando alti massimi di pressione in seguito a oscillazioni di pressione nel circuito idraulico è possibile inoltre abbassare decisamente il livello di ammissione di rumori in corrispondenza del dispositivo di comando.

Utilizzando valvole di ammissione di superficie minore è possibile ottenere nell'intervallo di funzionamento a carico parziale e a pieno carico del motore endotermico, vantaggiosamente, un aumento della velocità di afflusso, che coadiuva la preparazione della miscela e porta come conseguenza ad un migliore movimento della carica nella camera di combustione e inoltre ad un aumento del rendimento volumetrico.

Un'ulteriore vantaggio del dispositivo di comando secondo l'invenzione di valvole a cambio di gas viene ottenuto disponendo alternativamente le valvole di ammissione e di scarico nella testacilindri, cosicché la superficie ivi disponibile per il dimensionamento del piattello valvolare può essere sfruttato ottimalmente. Al riguardo inoltre è particolarmente vantaggioso poter prevedere due candele di accensione per ogni camera di combustione, che in tal caso sono disposte di preferenza nella zona del ponticello parietale fra due grandi ed un piccolo piattello valvolare.

Per poter sfruttare ottimalmente le possibilità di abbassamento del fabbisogno energetico con l'ausilio di piattelli valvolari di differente grandezza in corrispondenza dei gruppi valvolari, è inoltre necessario adattare la corrispondente strategia di comando dei singoli dispositivi di azionamento valvolari alla minore pressione idraulica e alle più lente valvole magnetiche.

La variante di realizzazione, rappresentata nella descrizione, del dispositivo di comando seconda l'invenzione di valvole a cambio di gas in particolare presenta rispettivamente due valvole di ammissione e due valvole di scarico con due candele di accensione per ogni camera di combustione, e tuttavia alternativamente inoltre è anche possibile prevedere ulteriori valvole (ad esempio un'aggiuntiva piccola valvola di scarico per la funzione di freno-motore e similari), laddove la sezione trasversale di apertura complessiva delle valvole di ammissione dovrà essere eseguita maggiore della sezione trasversale di apertura complessiva delle valvole di scarico. Inoltre è possibile prevedere al posto della seconda candela di accensione una valvola di iniezione che sbocca direttamente nella camera di combustione del motore endotermico.

Ulteriori vantaggi e vantaggiose esecuzioni dell'oggetto dell'invenzione sono desumibili dalla descrizione, dal disegno e dalle rivendicazioni. Disegno

Un esempio di realizzazione del dispositivo secondo l'invenzione per comandare valvole a cambio di gas in un motore endotermico è rappresentato nel disegno e viene illustrato più dettagliatamente in seguito .

In particolare:

la figura 1 mostra una sezione longitudinale attraverso una parte della testata-cilindri del motore endotermico nell'ambito di una camera di combustione di cilindro con due valvole a cambio di gas, che sporgono in questa e sono rappresentate schematicamente, e la figura 2 mostra una vista dal basso sui piattelli valvolari dei singoli organi valvolari a cambio di gas in una vista semplificata.

Descrizione dell'esempio di realizzazione

Nella figura 1 è rappresentato schematicamente un dispositivo per comandare valvole a cambio di gas in un motore endotermico. Al riguardo ivi è rappresentata in sezione una testata-cilindri 1 del motore endotermico nell'ambito di una camera di combustione 3 di cilindro, in corrispondenza della quale sboccano un canale di ammissione 5 ed un canale di scarico 7. Nella camera di combustione 3 sporgono due gruppi di valvole a cambio di gas, laddove nella figura 1 sono rappresentate rispettivamente una valvola di ammissione 9 ed una valvola di scarico 11. Inoltre nell'esempio di realizzazione tuttavia sono previste due valvole di ammissione 9 e due valvole di scarico 11 per ogni camera di combustione 3 del motore endotermico da alimentare, laddove nella figura 2 vengono forniti dettagli in merito alla relativa esecuzione e disposizione. Le valvole 9 e il a cambio di gas presentano rispettivamente un'organo valvolare 13 che è scorrevole assialmente e presenta un piattello valvolare 15 in corrispondenza della sua estremità rivolta verso la camera di combustione. In particolare in corrispondenza delle superfici frontali, non rivolte verso la camera di combustione, del piattello valvolare 15 è prevista rispettivamente una superficie di tenuta valvolare 17, con cui l'organo valvolare 13 per comandare una sezione trasversale di ammissione o di scarico in corrispondenza dello sbocco del canale di ammissione 5 rispettivamente del canale di scarico 7 nella camera di combustione 3, coopera con una sede valvolare 19 solidale al blocco. Con le loro estremità lontane dalla camera di combustione le valvole di ammissione 9 e le valvole di scarico 11 con il loro organo valvolare 13 sporgono in un dispositivo di impostazione elettroidraulico 21, che non è rappresentato più dettagliatamente nel disegno e mediante il quale i singoli organi valvolari vengono comandati ed azionati separatamente indipendentemente fra di loro. Al riguardo questo dispositivo di impostazione elettroidraulico preferibilmente presenta un pistone di impostazione, che è delimitato da spazi di lavoro idraulici, è collegato con l'organo valvolare a cambio di gas 13 ed è scorrevole assialmente per effetto del riempimento e dello scarico degli spazi di lavori idraulici. In particolare il comando degli spazi di lavoro idraulici avviene tramite valvole di impostazione elettriche, preferibilmente valvole magnetiche comandate singolarmente da un apparecchio di comando elettrico che tratta parametri di esercizio del motore endotermico da alimentare. Per quanto riguarda l'esecuzione di un dispositivo di impostazione elettroidraulico di tale tipo si rimanda al documento DE 19511 320 C2, in cui è già descritto esemplificativamente un tale noto dispositivo di impostazione.

Per abbassare il fabbisogno energetico del dispositivo di impostazione 21 e per poter azionare questo dispositivo di impostazione con valvole magnetiche che commutano con normale velocità, tramite un'alzata relativamente grande degli organi valvolari 13, il dispositivo secondo l'invenzione per comandare valvole a cambio di gas in un motore endotermico, come rappresentato nella figura 2, presenta piattelli valvolari 15 di differente grandezza sui singoli gruppi di valvole di ammissione 9 e valvole di scarico 11, nell'esempio di realizzazione essendo previste rispettivamente due valvole di ammissione 9 e due valvole di scarico 11 per ogni camera di combustione 3 del motore endotermico da alimentare. Le valvole di ammissione 9 in particolare in corrispondenza dei loro piattelli valvolari 15 presentano differenti diametri, laddove un primo piattello valvolare di ammissione 23 presenta una superficie decisamente maggiore rispetto ad un secondo più piccolo piattello valvolare di ammissione 25. Anche un primo più grande piattello valvolare di scarico 27 presenta una superficie decisamente maggiore di un secondo più piccolo piattello valvolare di scarico 29. Al riguardo il rapporto diametrale fra i più grandi piattelli valvolari 23, 27 e i più piccoli piattelli valvolari 25, 29 dovrà essere preferibilmente pari ad almeno 1,5:1.

I singoli piattelli valvolari 23, 25, 27 e 29 in particolare cooperano con rispettivamente superiici di sede valvolare 19 corrispondentemente dimensionate, alle quali si raccordano rispettivamente sezioni trasversali canalari corrispondentemente adattate dei canali di ammissione 5 e dei canali di scarico 7. Per sfruttare ottimalmente la superficie, disponibile nella testa-cilindri 1 nell'ambito della camera di combustione 3, per il dimensionamento dei piattelli valvolari 15, le valvole di ammissione 9 e le valvole di scarico 11 sono disposti in particolare alternativamente in modo tale che in direzione periferica rispetto alla camera di combustione cilindrica 3 rispettivamente un piattello valvolare 15, di grande diametro, di un primo tipo valvolare si raccorda ad un piattello valvolare 15, di piccolo diametro, del secondo tipo valvolare. Al riguardo la sezione trasversale complessiva delle valvole di ammissione 9 è in totale eseguita maggiore della sezione trasversale complessiva delle valvole di scarico 11. Per un'ottimale accensione del combustibile nel descritto esempio di realizzazione inoltre due candele di accensione 31 sono inserite nella camera di combustione 3 del motore endotermico, laddove di volta in volta una candela di accensione 31 è disposta al di sopra di un'asse longitudinale 33 del motore e un'ulteriore candela di accensione 31 è disposta al di sotto di questo asse longitudinale.

Con il prevedere valvole di ammissione e valvole di scarico 9 e 11 con piattelli valvolari 15 di differente dimensionamento è ora possibile comandare i dispositivi di impostazione idraulici 21 in corrispondenza dei singoli organi valvolari 13, in modo che per bassi stati di carico in corrispondenza del motore endotermico viene azionato unicamente l'organo valvolare di ammissione con il piattello valvolare 25 dell'organo valvolare di ammissione, di diametro minore, laddove questo comando consente quindi un'alzata di apertura relativamente grande dell'organo valvolare 13 di questa valvola di ammissione 9. Per carichi più alti quindi in maniera usuale vengono azionate entrambe le valvole di ammissione 9. Inoltre è ora possibile aprire, in caso di pressione interna assai alte nella camera di combustione del motore endotermico, di seguito alla combustione dapprima soltanto la valvola di scarico 11 con il piattello valvolare di scarico 29 di diametro minore, mentre l'apertura del secondo piattello valvolare di scarico 27, di diametro maggiore, avviene soltanto dopo una determinata diminuzione della pressione interna nella camera di combustione del motore endotermico. In tal modo anche sulle valvole di scarico 11 è possibile abbassare in maniera semplice le forze di impostazione per elevatissime contropressioni nella camera di combustione 3 rispetto a valvole di tipo convenz ionale .

Claims (7)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo per comandare valvole a cambio di gas in un motore endotermico con almeno due valvole di ammissione (9) e due valvole di scarico (11) per ogni camera di combustione (3) del motore endotermico da alimentare, che presentano rispettivamente un'organo valvolare (13) scorrevole assialmente, che in corrispondenza della sua estremità rivolta verso la camera di combustione presenta un piattello valvolare (15), sul quale è prevista una superficie di tenuta valvolare (17), con cui esso per comandare una sezione trasversale di ammissione o di scarico sulla camera di combustione (3) coopera con una sede valvolare (19) solidale al blocco e il quale alla propria estremità lontana dalla camera di combustione è collegato con un dispositivo di regolazione (21) preferibilmente con dispositivo di impostazione elettroidraulico per azionare la valvola a cambio di gas, caratterizzato dal fatto che i piattelli valvolari (15) delle valvole di ammissione (9) reciprocamente e i piattelli valvolari (15) delle valvole di scarico (11) reciprocamente presentano rispettivamente differenti diametri.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che il rapporto diametrale fra un più grande piattello valvolare di ammissione (23) ed un più piccolo piattello valvolare di ammissione (25) nonché fra un grande piattello valvolare di scarico (27) ed un piccolo piattello valvolare di scarico (29) è di almeno (1,5:1).
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che la sezione trasversale di apertura complessiva delle valvole di ammissione (9) è superiore alla sezione trasversale di apertura complessiva delle valvole di scarico (11).
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che le valvole di ammissione (9) e le valvole di scarico (11) relativamente alla grandezza sono disposte alternativamente l'una accanto all'altra in una testa-cilindri (1) del motore endotermico.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione (4), caratterizzato dal fatto che sono previste due candele di accensione (31) per ogni camera di combustione (3), che sono situate di preferenza rispettivamente in una zona del ponticello parietale formata fra i due grandi piattelli valvolari (23, 27) ed un piccolo piattello valvolare (25) oppure
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che nell'intervallo di funzionamento di basso carico in corrispondenza del motore endotermico viene azionata unicamente la valvola di ammissione (9) con il piattello valvolare di ammissione (25) di diametro minore.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione (1), caratterizzato dal fatto che per alte pressioni interne nella camera di combustione (3) del motore endotermico da alimentare in un primo momento viene aperta soltanto la valvola di scarico (11) con il piattello valvolare di scarico (29) di diametro minore, mentre l'apertura del piattello valvolare di scarico (27), di diametro maggiore, avviene soltanto dopo una determinata diminuzione della pressione interna nella camera di combustione (3) del motore endotermico.