ITTO20010272A1

ITTO20010272A1 - Motore a combustione interna con valvole ad azionamento variabile e punteria idraulica ausiliaria.

Info

Publication number: ITTO20010272A1
Application number: IT2001TO000272A
Authority: IT
Inventors: Andrea Pecori; Francesco Vattaneo; Stefano Chiappini
Original assignee: Fiat Ricerche
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2002-09-23
Also published as: US20020134330A1; ATE270383T1; JP2002322904A; ITTO20010272A0; EP1245799B1; DE60200669T2; ES2219596T3; EP1245799A2; CN1376461A; EP1245799A3; US6553950B2; DE60200669D1; JP4046527B2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Motore a combustione interna con valvole ad azionamento variabile e punteria idraulica ausiliaria"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ai motori a combustione interna del tipo 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 tra i rispettivi condotti di aspirazione e scarico e la camera di combustione,

- un albero a camme per azionare le valvole di aspirazione e scarico dei cilindri del motore tramite rispettive punterie,

- 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 un'elettrovalvola con una 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,

detti mezzi idraulici comprendendo inoltre uno stantuffo associato allo stelo della valvola e montato scorrevole in una boccola di guida, detto stantuffo essendo affacciato ad una camera a volume variabile da esso definita all'interno della boccola di guida, detta camera a volume variabile essendo in comunicazione con la camera di fluido in pressione tramite un'apertura di estremità di detta boccola di guida, detto stantuffo avendo un'appendice d'estremità atta ad inserirsi entro detta apertura d'estremità nel tratto terminale della corsa di chiusura della valvola, per restringere la luce di comunicazione tra detta camera a volume variabile e detta camera di fluido in pressione, così da frenare la corsa della valvola in prossimità della sua chiusura.

Un motore del tipo sopra indicato è ad esempio descritto ed illustrato nelle domande di brevetto europeo EP-A-0803 642 e EP-A-1091 097 della stessa Richiedente .

Studi ed esperienze condotte dalla Richiedente hanno mostrato che si possono verificare nel funzionamento alcuni inconvenienti, ed in particolare rumorosità, a causa dei giochi che si possono creare fra le varie parti sia per effetto delle tolleranze costruttive, sia per effetto dell'usura. In particolare, è risultato che nel corso dell'esercizio del motore l'anello fungente da sede per la valvola motore e che è accolto in una cavità della testa del motore, può subire spostamenti di uno o due decimi di millimetro a seguito dei continui impatti contro di esso della testa della valvola. Fino ad oggi, tale problema è stato risolto con l'uso di pastiglie di compensazione del gioco.

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 avente tutte le caratteristiche indicate all'inizio della presente descrizione e caratterizzato inoltre dal fatto che fra lo stelo della valvola e il suddetto stantuffo di comando della valvola è interposta una punteria idraulica ausiliaria.

Nella forma pratica di attuazione, la suddetta punteria idraulica ausiliaria comprende uno stantuffo ausiliario, montato scorrevole nel corpo dello stantuffo di comando, avente un'estremità interna allo stantuffo di comando affacciata ad una camera all'interno dello stantuffo di comando che è in comunicazione con la camera in pressione del sistema di controllo delle valvole, ed un'estremità esterna allo stantuffo di comando, che è in contatto con l'estremità dello stelo della valvola, mezzi elastici essendo previsti per richiamare detto stantuffo ausiliario verso una posizione di fine corsa in direzione dello stelo della valvola.

All'interno della suddetta camera ricavata all'interno dello stantuffo di comando è disposta una valvola di non ritorno che consente il passaggio di fluido in pressione proveniente dalla camera in pressione all'interno della camera della punteria idraulica ausiliaria.

Come risulta evidente da quanto precede, nel motore secondo l'invenzione, lo stelo della valvola non è connesso rigidamente allo stantuffo di comando, dal momento che fra essi è interposta la suddetta punteria idraulica ausiliaria che è così in grado di recuperare tutti gli eventuali giochi che si possono creare a seguito delle tolleranze di fabbricazione o dell'usura delle parti.

La disposizione secondo l'invenzione è adottabile tanto per le valvole di aspirazione quanto per le valvole di scarico, ma è particolarmente utile nel caso delle valvole di scarico, in quanto per esse più facilmente si verificano gli inconvenienti sopra discussi.

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 di una testa di un motore a combustione interna secondo la realizzazione nota dalla domanda di brevetto europeo EP-A-0 803 642 della stessa Richiedente,

- la Figura 2 è una vista in sezione in scala ampliata di un particolare della figura 1,

- la Figura 3 è una vista in sezione ed in scala ampliata di un particolare del motore secondo l'invenzione, e

- la Figura 4 è una vista in scala ulteriormente ampliata di un particolare della figura 3.

Con riferimento alle figure 1 e 2, il motore a combustione interna descritto nella precendente omanda europea EP-A-0 803 642, nonché nella domanda EP-A-1 091 097 della stessa Richiedente è un motore pluricilindrico, ad esempio un motore a cinque cilindri in linea, comprendente una testa cilindrica 1.

La testa 1 comprende, per ciascun cilindro, una cavità 2 formata nella superficie di base 3 della testa 1, definente la camera di combustione, nella quale sfociano due condotti di aspirazione 4, 5 e due condotti di scarico 6. La comunicazione dei due condotti di aspirazione 4, 5 con la camera di combustione 2 è controllata da due valvole di aspirazione 7, del tipo tradizionale a fungo, comprendenti ciascuna uno stelo 8 montato scorrevole nel corpo della testa 1. Ciascuna valvola 7 è richiamata verso la posizione di chiusura da molle 9 interposte fra una superficie interna della testa 1 ed un bicchierino di estremità 10 della valvola. L'apertura delle valvole di aspirazione 7 è controllata, nel modo che verrà descritto nel seguito, da un albero a camme 11 montato girevole intorno ad un'asse 12 entro sopporti della testa 1 e comprendente una pluralità di camme 14 per l'azionamento delle valvole.

Ciascuna camma 14 di controllo di una valvola di aspirazione 7 coopera con il piattello 15 di una punteria 16 montata scorrevole lungo un'asse 17, che nel caso illustrato è diretto sostanzialmente a 90° rispetto all'asse della valvola 7 è possibile anche il montaggio allineato come sarà illustrato con riferimento alla figura 3), entro una boccola 18 portata da un corpo 19 di un sotto-gruppo preassemblato 20 incorporante tutti i dispositivi elettrici ed idraulici associati all'azionamento delle valvole di aspirazione, secondo quanto descritto in dettaglio nel seguito. La punteria 16 è in grado di trasmettere una spinta allo stelo 8 della valvola 7, in modo da provocare l'apertura di quest'ultima contro l'azione dei mezzi elastici 9, mediante fluido in pressione (tipicamente olio proveniente dal circuito di lubrificazione del motore) presente in una camera C ed uno stantuffo 21 montato scorrevole in un corpo cilindrico costituito da una boccola 22 che è pure portata dal corpo 19 del sottogruppo 20. Sempre nella soluzione nota illustrata nella figura 1, la camera di fluido in pressione C associata a ciascuna valvola di aspirazione 7 può essere messa in comunicazione con un canale di uscita 23 tramite un elettrovalvola 24. L'elettrovalvola 24, che può essere di un qualunque tipo noto, adatto alla funzione qui illustrata, è controllata da mezzi elettronici di controllo, indicati schematicamente con 25, in funzione di segnali S indicativi di parametri di funzionamento del motore, come la posizione dell'acceleratore ed il numero di giri del motore. Quando l'elettrovalvola 24 viene aperta, la camera C entra in comunicazione con il canale 23, per cui il fluido in pressione presente nella camera C fluisce in tale canale e si ottiene un disaccoppiamento della punteria 16 della rispettiva valvola di aspirazione 7, che torna quindi rapidamente nella sua posizione di chiusura, sotto l'azione delle molle di richiamo 9. Controllando la comunicazione fra la camera C ed il canale di uscita 23 è pertanto possibile variare a piacimento il tempo e la corsa di apertura di ciascuna valvola di aspirazione 7.

I canali di uscita 23 delle varie elettrovalvole 24 sfociano tutti in un medesimo canale longitudinale 26 comunicante con uno o più accumulatori di pressione 27, uno solo dei quali è visibile nella figura 1. Tutte le punterie 16 con le associate boccole 18, gli stantuffi 21 con le associate boccole 22, le elettrovalvole 24 ed i relativi canali 23, 26 sono portati e ricavati nel suddetto corpo 19 del sotto-gruppo assemblato 20, a vantaggio della rapidità e facilità di assemblaggio del motore.

Le valvole di scarico 80 associate a ciascun cilindro sono controllate, nella realizzazione illustrata in figura 1, in modo tradizionale da un albero a camme 28 tramite rispettive punterie 29. La figure 2 illustra in scala ampliata il corpo 19 del gruppo pre-assemblabile.

La figura 2 mostra in dettaglio la costituzione dello stantuffo 21. Lo stantuffo 21, in modo per se noto> presenta un corpo tubolare montato scorrevole all'interno della boccola 22 e definente all'interno di tale boccola una camera a volume variabile 34 che comunica con la camera di fluido in pressione C tramite un'apertura centrale di estremità 35 ricavata nella boccola 22.

Nel caso della soluzione nota illustrata nella figura 2, l'estremità opposta dello stantuffo 21 è piantata sopra una porzione di estremità 36 di uno stelo 37 associato allo stelo 8 della valvola 7. Durante il normale funzionamento, quando la camma 14 comanda l'apertura della valvola 7, essa provoca lo spostamento della punteria 16 determinando un trasferimento di fluido in pressione dalla camera C alla camera 34 e la conseguente apertura della valvola 7 contro l'azione della molla 9. La camera C comunica con una camera anulare 70 tramite fori radiali 71 ricavati nella boccola 18. La camera anulare 70 comunica con i cilindri associati alle due valvole 7. Secondo la tecnica nota, la chiusura rapida della valvola può essere ottenuta svuotando la camera C di olio in pressione mediante apertura dell'elettrovalvola 24. In tal caso, la valvola 7 ritorna rapidamente nella sua posizione di chiusura per effetto delle molle 9. Per evitare un impatto troppo violento della valvola 7 contro la sua sede, in prossimità del raggiungimento della sua posizione di chiusura, la valvola 7 viene rallentata. Tale risultato viene ottenuto, sempre secondo la tecnica nota, con mezzi idraulici di freno, costituiti da un'appendice centrale d'estremità 38 prevista sullo stantuffo tubolare 21 ed atta ad inserirsi in un'apertura della parete di fondo della boccola 22 nel tratto estremo della corsa di chiusura della valvola. Durante la corsa di chiusura, lo stantuffo 21 si sposta verso l'alto (con riferimento alla figura 3) e la camera a volume variabile 34 diminuisce di volume, per cui l'olio in pressione viene spinto in direzione della camera C. Quando l'appendice d'estremità 38 dello stantuffo 21 entra nell'apertura d'estremità della boccola 22, il ritorno di olio in pressione dalla camera 34 alla camera C avviene, nel caso della tecnica nota, attraverso il piccolo gioco (non visibile nel disegno) esistente fra l'appendice 38 e la parete dell'apertura 35. L'efflusso di olio viene così sensibilmente rallentato e conseguentemente rallentata risulta la corsa della valvola. Sempre secondo la tecnica nota, al cilindro 21 è altresì associata una valvola di non ritorno comprendente un otturatore a sfera 39 spinto all'interno del corpo tubolare dello stantuffo 21 da una molla 40 verso una posizione di ostruzione di un foro centrale di estremità 41 dello stantuffo 21, che si estende a partire dalla cavità interna dello stantuffo 21 fino a sfociare sull'estremità affacciata alla camera C. La camera interna dello stantuffo 21 comunica altresì con passaggi laterali 42 che sfociano sulla superficie anulare di estremità dello stantuffo 21 che circonda l'appendice 38 e che è affacciata alla camera 34. Come già detto, la struttura sopra descritta è pure nota.

La funzione dell'otturatore 39 è la seguente. Durante la corsa di chiusura della valvola 7, l'otturatore 39 viene mantenuto nella sua posizione di chiusura dalla molla 40 e dalla pressione olio della camera 34. Quando la camera C viene svuotata di olio in pressione tramite l'apertura dell'elettrovalvola 20, la valvola 7 ritorna rapidamente verso la sua posizione di chiusura per effetto delle molle 9, salvo essere rallentata immediatamente prima della chiusura, per effetto dell'impegno dell'appendice 38 nell'apertura 35, così da evitare un impatto violento della valvola contro la sua sede. Quando la valvola viene invece aperta, per consentire una rapida trasmissione della pressione esercitata dalla camma 14 tramite la punteria 16 allo stantuffo 21, l'otturatore 39 si sposta in posizione di apertura, contro l'azione della molla 40, per effetto della spinta esercitata dal fluido in pressione proveniente dalla camera C. L'apertura dell'otturatore 39 fa si che la pressione venga comunicata tramite il foro 41 e i fori laterali 42 direttamente alla superficie anulare di estremità dello stantuffo 21 che è affacciata alla camera 34, così da poter esercitare una forza elevata sullo stantuffo 21 anche quando l'appendice 38 è ancora entro 1'apertura 35.

Come già indicato all'inizio della presente descrizione, l'inconveniente che si verifica nella soluzione nota sopra descritta risiede nel fatto che si possono creare dei giochi fra le varie parti del dispositivo, sia per effetto delle tolleranze di fabbricazione, sia per effetto dell'usura, in particolare in corrispondenza degli anelli W (figura 1) che fungono da sedi per le teste delle valvole, che arretrano di uno o due decimi di millimetro nelle loro rispettive sedi per effetto dei continui impatti delle valvole. Nelle soluzioni note, questo comporta l'impiego di pastiglie di regolazione del gioco, con gli inconvenienti che tale accorgimento comporta in termini di perdite di tempo e complicazioni .

Allo scopo di ovviare a tale inconveniente, il dispositivo di comando della valvola viene modificato come illustrato nelle figure 3, 4. La figura 3 illustra una versione semplificata del sistema di controllo della valvola, in cui l'asse della punteria 16 è allineato con l'asse dello stelo 8 della valvola (non illustrata) nella figura 3. Nelle figure 3, 4, le parti in comune con le figure 1, 2 sono indicate con lo stesso numero di riferimento .

Come illustrato in modo evidente in particolare nella figura 4, il corpo 21 dello stantuffo di comando porta uno stantuffo ausiliario 360, che a differenza dello stelo 37 della figura 2, non è connesso rigidamente al corpo 21. Lo stantuffo ausiliario 360 è montato scorrevole all'interno del corpo tubolare dello stantuffo di comando 21, con l'interposizione di una guarnizione fungente da elemento di fine corsa 101. Lo stantuffo ausiliario 360 presenta un'estremità disposta all'interno dello stantuffo di comando 21 che è affacciata ad una camera in pressione 102 di una punteria idraulica ausiliaria 100. La molla 40 di richiamo dell'otturatore a sfera 39 è appoggiata contro la testa di una boccola a T 103 che è fissata contro uno spallamento interno dello stantuffo 21 e che ha un foro interno 104 che mette in comunicazione la camera 102 con i fori 42, a loro volta serventi per la comunicazione con la camera in pressione C attraverso la camera a volume variàbile 34 . La suddetta comunicazione della camera in pressione 102 della punteria idraulica ausiliaria con il circuito dell'olio in pressione è controllata da una valvola di non ritorno 105 che nell'esempio illustrato è costituita da una boccola di materiale metallico che porta mediante setti radiali (non illustrati) un otturatore sferico 106 spinto elasticamente in una posizione di chiusura di un foro 107 ricavato nella parete di fondo della boccola 105. L'otturatore 106 consente il passaggio di olio in pressione in direzione della camera in pressione 102, mentre si chiude, isolando tale camera, per impedire un flusso in senso opposto.

Lo stantuffo ausiliario 360 presenta un'estremità a piattello 360a disposta all'esterno dello stantuffo di comando 21, che è in contatto con l'estremità superiore dello stelo 8 della valvola. Lo stantuffo ausiliario 360 è richiamato verso una posizione di fine corsa, in direzione dello stelo della valvola 8, da una molla 108, interposta fra l'estremità a piattello 360a e l'estremità ad esso affacciata dello stantuffo 21.

Durante il funzionamento, la camera 102 si riempie di olio in pressione e pertanto assicura che la catena di trasmissione stantuffo 21, stantuffo ausiliario 360, stelo valvola 8 funzioni nel modo corretto, senza giochi che possano comportare difetti di funzionamento e/o rumorosità.

Ovviamente, la conformazione e disposizione della punteria idraulica ausiliaria 105 può anche essere del tutto differente da quella illustrata a puro titolo di esempio nei disegni.

Inoltre, 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.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Motore a combustione interna comprendente: - almeno una valvola di aspirazione ed almeno una valvola di scarico (8) per ciascun cilindro, provviste ciascuna di rispettivi mezzi elastici (9) che richiamano la valvola nella posizione chiusa, per controllare la comunicazione tra i rispettivi condotti di aspirazione e scarico (4,6) e la camera di combustione, - un albero a camme (11) per azionare le valvole di aspirazione e scarico dei cilindri del motore tramite rispettive punterie (16), in cui almeno una di dette punterie (16) 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 (C), detta camera di fluido in pressione essendo collegabile tramite un'elettrovalvola (24) con un canale di uscita (26), per disaccoppiare la valvola dalla rispettiva punteria (16) e provocare la chiusura rapida della valvola, sotto l'azione dei rispettivi mezzi elastici di richiamo (9), detti mezzi idraulici comprendendo inoltre uno stantuffo (21) associato allo stelo (8) della valvola e montato scorrevole in una boccola di guida (22), detto stantuffo essendo affacciato ad una camera a volume variabile (34) da esso definita all'interno della boccola di guida (22), detta camera a volume variabile essendo in comunicazione con la camera di fluido in pressione (C) tramite un'apertura di estremità di detta boccola di guida, detto stantuffo avendo un'appendice d'estremità atta ad inserirsi entro detta apertura d'estremità nel tratto terminale della corsa di chiusura della valvola, per restringere la luce di comunicazione tra detta camera a volume variabile e detta camera di fluido in pressione, così da frenare la corsa della valvola in prossimità della sua chiusura, caratterizzato dal fatto che fra lo stelo (8) della valvola e il suddetto stantuffo (21) di comando della valvola è interposta una punteria idraulica ausiliaria (100).
2. Motore secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la suddetta punteria idraulica ausiliaria (100) comprende uno stantuffo ausiliario (360), montato scorrevole nel corpo dello stantuffo di comando della valvola (21), avente un'estremità interna allo stantuffo di comando affacciata ad una camera (102) all'interno dello stantuffo di comando che è in comunicazione con la camera in pressione del sistema di controllo delle valvole, ed un'estremità esterna allo stantuffo di comando, che è in contatto con l'estremità dello stelo della valvola, mezzi elastici (108) essendo previsti per richiamare detto stantuffo ausiliario verso una posizione di fine corsa in direzione dello stelo della valvola. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.