ITRM20100533A1

ITRM20100533A1 - ELECTROMAGNETIC VALVE CONTROL SYSTEM FOR COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: ITRM20100533A1
Application number: IT000533A
Authority: IT
Inventors: Danilo Ciatti; Giancarlo Mancini
Original assignee: Danilo Ciatti; Giancarlo Mancini
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2011-01-10

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente domanda di brevetto per invenzione industriale ha per oggetto un sistema di comando elettromagnetico delle valvole di aspirazione e scarico di un motore a scoppio. The present patent application for industrial invention relates to an electromagnetic control system for the intake and exhaust valves of an internal combustion engine.

Sistema progettato per ridurre i consumi di carburante e di conseguenza l'inquinamento, abbattendo gli attriti e le masse in movimento; ed inoltre di facile ed economica realizzazione; nonché di semplice revisione e di rapida regolazione. System designed to reduce fuel consumption and consequently pollution, by reducing friction and moving masses; and also easy and cheap to make; as well as simple revision and quick adjustment.

Come è noto le valvole sono quei dispositivi fondamentali per il funzionamento di un motore a scoppio, esse permettono l’ingresso nel cilindro di miscela aria/combustibile e l’uscita dei gas risultanti dalla combustione di detta miscela con tempi ben definiti dall’angolo di rotazione del relativo albero motore (diagramma di distribuzione). As is known, the valves are those fundamental devices for the operation of an internal combustion engine, they allow the entry into the cylinder of the air / fuel mixture and the exit of the gases resulting from the combustion of said mixture with times well defined by the angle of rotation of the corresponding crankshaft (timing diagram).

Il modello di comando della distribuzione secondo il trovato esce totalmente dall'impostazione strutturale degli odierni sistemi, che si basano (Fig.1 ) su apparati interamente meccanici o, più recentemente, idraulici, avvicinandosi concettualmente al sistema elettromeccanico denominato “camless" presentando degli accorgimenti tecnici nuovi ed originali, capaci di conferire al motore, su cui viene applicato, oltre ai vantaggi sopra elencati, anche minor ingombro e la possibilità di variare il diagramma di distribuzione per qualsiasi regime di giri. In particolare nel modello secondo il trovato vengono proposte ed adottate molteplici soluzioni di altrettanti problemi, comuni agli altri sistemi di comando delle valvole di un motore a scoppio. The distribution control model according to the invention completely leaves the structural setting of today's systems, which are based (Fig. 1) on entirely mechanical or, more recently, hydraulic apparatuses, conceptually approaching the electromechanical system called "camless" by presenting some expedients new and original technicians, capable of conferring on the engine, on which it is applied, in addition to the advantages listed above, even less space and the possibility of varying the distribution diagram for any rpm. In particular, the model according to the invention offers and multiple solutions have been adopted for as many problems, common to the other control systems of the valves of an internal combustion engine.

Il modello in parola è rappresentato da una serie di solenoidi (Fig.2) ciascuno montato a collare sullo stelo della rispettiva valvola; ovvero dove fino ad oggi risiede, nei sistemi meccanici a camme o a bilanciere, la molla, il bicchierino ed il piattello. The model in question is represented by a series of solenoids (Fig.2) each mounted in a collar on the stem of the respective valve; or where up to now resides, in the mechanical systems with cams or rocker arms, the spring, the cup and the plate.

Il solenoide è una bobina di forma cilindrica formata da una serie di spire circolari molto vicine fra loro e realizzate con un unico filo di materiale elettricamente conduttore, è uno strumento solitamente usato come induttore per le applicazioni dell'elettromagnetismo. _ The solenoid is a cylindrical coil formed by a series of circular turns very close to each other and made with a single wire of electrically conductive material, it is an instrument usually used as an inductor for electromagnetism applications. _

Al momento che il solenoide viene percorso da corrente elettrica genera un campo magnetico che tende ad attrarre qualsiasi materiale ferromagnetico che nello specifico e per comodità sarà un magnete permanente che costituirà la parte finale dello stelo della valvola. When the solenoid is crossed by electric current it generates a magnetic field that tends to attract any ferromagnetic material which specifically and for convenience will be a permanent magnet that will form the final part of the valve stem.

Nell'invenzione qui trattata è stato scelto un magnete permanente in modo da utilizzare il solenoide sia come attuatore nella fase di chiusura della valvola che come attuatore nella fase di apertura della stessa, ciò è possibile perché ogni solenoide percorso da corrente genera un campo magnetico con una direzione polare (Nord-Sud) che dipende dal verso della corrente. In the invention discussed here, a permanent magnet was chosen so as to use the solenoid both as an actuator in the valve closing phase and as an actuator in the valve opening phase.This is possible because each solenoid traversed by current generates a magnetic field with a polar direction (North-South) that depends on the direction of the current.

Infatti se i campi magnetici, della bobina e del magnete hanno direzione polare opposta si attrarranno e se al contrario hanno la direzione polare uguale si respingeranno. In fact, if the magnetic fields, the coil and the magnet have opposite polar direction they will attract each other and if on the contrary they have the same polar direction they will repel each other.

In buona sostanza il solenoide, in funzione di come verrà percorso dalla corrente, attrarrà o respingerà la valvola. Basically, the solenoid, depending on how it will be traversed by the current, will attract or repel the valve.

Quindi la movimentazione della valvola, nell’invenzione presente, sarà solo e semplicemente effettuata dal campo magnetico generato dalla bobina e dalla sua direzione. Therefore, the movement of the valve, in the present invention, will be carried out only and simply by the magnetic field generated by the coil and its direction.

Il sistema di sincronizzazione tra albero motore e apertura e chiusura della valvola sarà possibile eseguirlo con molteplici sistemi: dal più antico costituito da due camme calettate sull’albero motore che comanderanno la chiusura e l’apertura di due interruttori che permetteranno il passaggio di corrente elettrica uno in un verso ed uno nell'altro. The synchronization system between the crankshaft and the opening and closing of the valve will be possible to perform it with multiple systems: from the oldest consisting of two cams keyed on the crankshaft that will command the closing and opening of two switches that will allow the passage of electric current one in one direction and one in the other.

Tale impianto limita notevolmente l’invenzione perché permette sì l’eliminazione dei cinematismi fin ora utilizzati per movimentare le valvole ma non permette la variazione dei tempi di apertura delle stesse in funzione dei giri, cosa che migliorerebbe di gran lunga il rendimento del motore riducendo i consumi sia in termini di combustile (-20%) che in termini di usura. This system considerably limits the invention because it allows the elimination of the kinematic mechanisms used up to now to move the valves but does not allow the variation of the opening times of the same as a function of the revolutions, which would greatly improve the performance of the engine by reducing the consumption both in terms of fuel (-20%) and in terms of wear.

Un sistema più moderno e più flessibile di sincronizzazione tra l’albero motore e apertura/chiusura valvola sarebbe quello utilizzato su gli odierni motori per autotrazione dove una sonda di Hall affacciata su una ruota fonica invia una serie di impulsi relativi ai denti della ruota comunicando così ad una centralina elettronica il riferimento angolare della posizione dell'albero motore. A more modern and more flexible synchronization system between the crankshaft and valve opening / closing would be the one used on today's automotive engines where a Hall probe facing a phonic wheel sends a series of impulses relating to the teeth of the wheel thus communicating the angular reference of the crankshaft position to an electronic control unit.

Tramite questi riferimenti geometrici la centralina elettronica alimenterà il solenoide dell’invenzione facendo in modo che la valvola si apra o si chiuda. Tale lavoro le odierne centraline già lo svolgono, comandando però l’apertura e la chiusura degli iniettori nei moderni motori a iniezione elettronica. Through these geometric references, the electronic control unit will power the solenoid of the invention by causing the valve to open or close. Today's control units already do this work, however, by commanding the opening and closing of the injectors in modern electronic injection engines.

Il sistema risulta talmente flessibile che applicato al modello d’invenzione qui descritto permette al progettista di cambiare il diagramma di distribuzione (tempo di chiusura e apertura valvole) a suo piacimento in funzione di vari parametri come: numero di giri motore, apertura corpi farfallati, temperatura aria ecc. The system is so flexible that applied to the inventive model described here, it allows the designer to change the distribution diagram (valve opening and closing time) at will according to various parameters such as: engine rpm, throttle bodies opening, air temperature etc.

L’invenzione fin qui descritta, con la moderna componentistica elettronica, può essere ulteriormente migliorata sostituendo il comune solenoide con un attuatore magnetico lineare passo-passo che permetterebbe oltre aH’apertura e chiusura della valvola (sistema on-off) anche delle aperture parziali della valvola. The invention described up to now, with modern electronic components, can be further improved by replacing the common solenoid with a step-by-step linear magnetic actuator which would allow, in addition to opening and closing the valve (on-off system), also partial opening of the valve.

L’attuatore magnetico lineare passo-passo è praticamente un motore elettrico lineare costituito da due elementi telescopici tra di loro, dove è possibile comandare il movimento deH’elemento interno con scostamenti minimi (passopasso) dell’ordine del millimetro o porzioni dì esso. The step-by-step linear magnetic actuator is practically a linear electric motor consisting of two telescopic elements between them, where it is possible to control the movement of the internal element with minimum deviations (step-by-step) of the order of a millimeter or portions of it.

Fissando, pertanto, la testa dello stelo della valvola con la testa inferiore dell’elemento interno dell’attuatore, sarà possibile muovere per l’intero percorso o per un percorso parziale la valvola. By fixing, therefore, the head of the valve stem with the lower head of the internal element of the actuator, it will be possible to move the valve for the entire path or for a partial path.

Questo tipo di controllo particolarmente accurato permette di poter simulare perfettamente il movimento della valvola quando è sottoposta alla spinta di un elemento meccanico come avviene nei motori attualmente in circolazione. This type of particularly accurate control makes it possible to perfectly simulate the movement of the valve when it is subjected to the thrust of a mechanical element as occurs in engines currently in circulation.

Claims

CLAIMS 1) Valve movement control system with solenoid or linear step-by-step actuator characterized by the complete absence of mechanical elements and therefore characterized by a very low weight which makes it possible to lighten today's motors as a whole.

2) Control system as per claim 1) characterized by the complete absence of mechanical elements which, when mounted on any internal combustion engine, allows to completely eliminate the weight of the rotating masses and the relative friction, thus increasing the efficiency of the engine and reducing by about 20 % fuel consumption and consequently the emission of pollutants released into the atmosphere.

3) The invented as described above by considerably reducing the moving parts of the engine decreases the sound intensity emitted by the same, thus also reducing noise pollution.

4) The model in question, with the necessary precautions, can be mounted on modern thermal engines without the need to redesign the entire engine; or it can equip the head of internal combustion engines as an additional supply (upgrade kit).

5) The system described above can allow the designer to change the engine cycles (two-stroke, four-stroke, six-stroke) on the same product.

6) The invented replacement of all the hydraulic and pneumatic mechanical control parts of the valves allows to significantly reduce the height of the cylinder head, thus limiting the overall dimensions and favoring the housing of the engine in better positions than what has been done up to now.

7) The invention allows to eliminate the lubrication in the upper part of the head (cover of the tappets), significantly reducing the quantity of lubricant necessary for the life of an engine; lowering the levels of pollutant emitted into the atmosphere due to oil vapor.

8) The invention basically has the advantage, as already described, of being able to easily change the opening and closing times of the valves according to the engine speed where the magnetic control system described here is used.

9) The model in question by eliminating all the mechanical components that control modern engines gives them a lowering of the levels of failure and an increase in the quotas of reliability and duration.

10) The invented, having no sliding parts and in contact, eliminates the wear due to friction that is found in all the components subservient to the movement of the valves, reducing the quantity of metals that are dissolved in the lubricant already from the first hours of operation. a thermal engine.

11) The system described up to now has a further advantage represented by the fact that being a system based on electromagnetic phenomena it is extremely fast; therefore the rotation limits of modern motors, limits represented by the resonance frequencies of the springs, can be considerably exceeded.

12) The present invention allows to safeguard the motors from the slow deterioration due to the fatigue of the springs which over time tend to lose their stiffness with consequent limitations on the performance of the motor.

13) The invented, made with a step-by-step linear magnetic actuator, allows you to perfectly simulate the opening path of a valve powered by a cam. It is thus possible to change this path to one's liking and combine it with various revs as if we could change the profile of the ogives in motion according to the various levels of rotation of an engine; this is a further opportunity to optimize the performance of the engine where the model in question is used with a consequent reduction of harmful emissions into the atmosphere.

14) Finally, the model in question realized as in claim 13) has the possibility, hitherto never existed, of partially covering the valve stroke; or the opportunity to define the opening of the same from time to time.