ITRM20130356A1 - COMPACT VOLUMETRIC INTERNAL COMBUSTION ENGINE. - Google Patents

Description

MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA INTERNAL COMBUSTION ENGINE

VOLUMETRICO ALTERNATIVO DI TIPO COMPATTO COMPACT TYPE ALTERNATIVE VOLUMETRIC

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Campo tecnico dell’invenzione Technical field of invention

La presente invenzione si riferisce ad un motore a combustione interna di tipo volumetrico alternativo. The present invention refers to an internal combustion engine of the reciprocating volumetric type.

Background Background

Come noto, nei motori a combustione interna volumetrici alternativi il fluido motore viene elaborato con cadenza periodica all'interno di uno spazio generato ciclicamente dal moto di alcuni organi meccanici. In particolare, tali motori si basano sul moto alternato, all’interno di un cilindro, di un pistone. Questo viene spinto dall’esplosione di una miscela di aria e carburante in una camera di scoppio definita dal cilindro e dalla testa del pistone. As is known, in reciprocating volumetric internal combustion engines the motor fluid is processed periodically within a space generated cyclically by the motion of some mechanical parts. In particular, these engines are based on the reciprocating motion, inside a cylinder, of a piston. This is pushed by the explosion of a mixture of air and fuel in a combustion chamber defined by the cylinder and the piston head.

Questo tipico schema dei motori noti richiede la trasformazione del moto alternato del pistone in un moto uniforme. Ciò viene ottenuto collegando meccanicamente il pistone a una biella che, tramite una connessione di tipo a manovella, fa girare un albero motore. In questo modo si ottiene un moto rotatorio. This typical scheme of known engines requires the transformation of the reciprocating motion of the piston into a uniform motion. This is achieved by mechanically connecting the piston to a connecting rod which, via a crank-type connection, turns a crankshaft. In this way a rotary motion is obtained.

Nella tabella seguente sono riassunte alcune delle configurazioni a singolo o a più alberi adottate nel corso degli anni passati per i motori del tipo suddetto. The following table summarizes some of the single or multi-shaft configurations adopted over the past years for motors of the aforementioned type.

MOTORI NOTI A SINGOLO ALBERO KNOWN SINGLE-SHAFT MOTORS

Denominazione Caratteristiche Description Features

Monocilindrico Un solo cilindro. Single cylinder Only one cylinder.

In linea Più cilindri con assi giacenti in un unico piano. In line Several cylinders with axes lying in a single plane.

V<Più cilindri con assi giacenti in due piani. L’albero motore à ̈ parallelo alla>direzione del moto del veicolo.V <Several cylinders with axes lying in two planes. The crankshaft is parallel to the> direction of motion of the vehicle.

Boxer Motore a V in cui l’angolo fra i due piani à ̈ pari a 180°. Boxer V-shaped engine in which the angle between the two planes is 180 °.

LVariante del motore a V con l’albero motore perpendicolare alla direzione del moto del veicolo. V-shaped variant of the engine with the crankshaft perpendicular to the direction of motion of the vehicle.

RadialePiù cilindri con disposizione radiale rispetto all'asse di rotazione dell'albero motore. Radial Multiple cylinders arranged radially with respect to the rotation axis of the crankshaft.

MOTORI NOTI A SINGOLO ALBERO KNOWN SINGLE-SHAFT MOTORS

Denominazione Caratteristiche Description Features

W monoalbero Più cilindri con disposizione “a ventaglio†. W single shaft Multiple cylinders with â € œfanâ € arrangement.

MOTORI NOTI A PIÙ ALBERI KNOWN MULTI-SHAFT ENGINES

Denominazione Caratteristiche Description Features

UUnione a tandem di due motori in linea, con teste dei cilindri orientate nello stesso verso. A tandem union of two in-line engines, with cylinder heads oriented in the same direction.

Unione a tandem di due motori a cilindri contrapposti o boxer. Questa disposizione fa in modo che, osservando il motore, si veda una H orizzontale Tandem union of two opposed cylinder or boxer engines. This arrangement makes it so that, looking at the engine, you see a horizontal H

H o verticale. I due motori mantengono ognuno il proprio albero motore e questi due alberi sono uniti ad un ulteriore sistema che permette di trasferire la potenza generata alla vettura o, nel caso di impiego in aviazione, al velivolo. H or vertical. The two engines each maintain their own crankshaft and these two shafts are joined to a further system that allows the power generated to be transferred to the car or, in the case of use in aviation, to the aircraft.

W plurialbero<Altra versione del motore a W con quattro gruppi di cilindri, sostanzialmente>due motori a V su due alberi disposti affiancati.W multi-shaft <Another version of the W-engine with four groups of cylinders, essentially> two V-engines on two shafts arranged side by side.

∆Motori a V messi in tandem a formare i cilindri contrapposti.∠† V-engines placed in tandem to form opposing cylinders.

Unione di due motori a V speculare alla loro linea mediana. In pratica questo motore potrebbe venire considerato come originato dalla disposizione a Union of two mirrored V engines at their midline. In practice this engine could be considered as originating from provision a

X tandem di due motori, uno superiore ed uno inferiore, con i cilindri a V disposti specularmente. I due motori hanno un albero motore comune che permette di trasferire la potenza generata alla vettura o, nel caso di impiego in aviazione, all'elica del velivolo. X tandem of two engines, one upper and one lower, with the V-shaped cylinders arranged specularly. The two engines have a common crankshaft that allows the power generated to be transferred to the car or, in the case of use in aviation, to the propeller of the aircraft.

Inconvenienti dell’arte nota Drawbacks of the known art

I motori noti del tipo sin qui considerato presentano alcuni importanti inconvenienti, ancora irrisolti nonostante si tratti di tecnologie consolidate. Known motors of the type considered up to now have some important drawbacks, which are still unsolved despite the fact that they are consolidated technologies.

Un primo inconveniente attiene all’equilibratura del motore. In particolare, il moto alternato del pistone che aziona l’albero motore produce vibrazioni. La legge del moto delle masse oscillanti, applicabile, appunto, al moto del pistone, permette di rappresentare le forze generate secondo una serie di Fourier, che prevede infiniti termini, in ordine crescente di armoniche. Per l’equilibratura del motore in generale si prendono in considerazione solamente le armoniche del 1° ed il 2° ordine. Infatti il 3° ordine risulta se mpre nullo, ed il 4° ordine à ̈ così piccolo rispetto ai due precedenti da essere trascurabile. A first drawback concerns the balancing of the engine. In particular, the reciprocating motion of the piston that drives the crankshaft produces vibrations. The law of motion of oscillating masses, applicable, in fact, to the motion of the piston, allows to represent the forces generated according to a Fourier series, which provides infinite terms, in increasing order of harmonics. For the balancing of the motor in general, only the harmonics of the 1st and 2nd order are taken into consideration. In fact the 3rd order is null if mpre, and the 4th order is so small compared to the previous two as to be negligible.

Per poter ridurre le vibrazioni si ricorre a varie soluzioni: il frazionamento del motore in più cilindri e/o l’adozione di organi equilibranti, tipicamente uno o più alberi ausiliari, comunemente detti contralberi oppure dei volani. Ognuna di queste soluzioni presenta delle controindicazioni. In generale, il frazionamento porta ad un aumento dell’ingombro del motore, mentre gli organi equilibranti aumentano la massa del motore e le masse rotanti, a scapito della potenza massima ottenibile. In order to reduce vibrations, various solutions are used: the splitting of the engine into several cylinders and / or the adoption of balancing members, typically one or more auxiliary shafts, commonly called countershafts or flywheels. Each of these solutions has contraindications. In general, the splitting leads to an increase in the overall dimensions of the engine, while the balancing members increase the mass of the engine and the rotating masses, to the detriment of the maximum power obtainable.

Un secondo inconveniente attiene agli ingombri. Infatti, la maggior parte delle configurazioni note sopra illustrate presenta comunque ingombri significativi, sia per applicazioni motociclistiche che automobilistiche. Tale inconveniente à ̈ particolarmente sentito nell’ambiente delle competizioni, dove motori piccoli e compatti permettono di realizzare carrozzerie aerodinamicamente più efficienti. Motori con ingombro ridotto sono molto interessanti anche per gli scooter e i motocicli in genere, dove lo spazio a disposizione per il motore à ̈ estremamente scarso. Un motore con piccoli ingombri permette una progettazione più agevole del telaio o carrozzeria del veicolo. A second drawback concerns the overall dimensions. In fact, most of the known configurations illustrated above in any case have significant overall dimensions, both for motorcycle and automotive applications. This drawback is particularly felt in the racing environment, where small and compact engines allow the creation of more aerodynamically efficient bodies. Motors with reduced dimensions are also very interesting for scooters and motorcycles in general, where the space available for the engine is extremely scarce. A small footprint engine allows for easier vehicle chassis or body design.

Gli ingombri vengono contenuti adottando quasi sempre motori con al massimo quattro cilindri, che hanno problemi di equilibratura, o di ingombro comunque significativo in una direzione (motori boxer o quattro cilindri in linea). The overall dimensions are contained by adopting almost always engines with a maximum of four cylinders, which have balancing problems, or in any case significant bulk in one direction (boxer or four-cylinder in-line engines).

Un ulteriore inconveniente attiene ai cosiddetti effetti giroscopici, particolarmente significativi per i veicoli a due ruote. Consideriamo ad esempio il caso di un motore con albero unico in cui eventuali masse controrotanti presentano momento d’inerzia polare trascurabile rispetto a quelle dell’albero. Se il moto rotatorio dell’albero motore risulta uniforme e se l’asse dell’albero non subisce accelerazioni angolari in piani passanti per l’asse stesso, allora non viene trasmessa alcuna reazione al veicolo su cui à ̈ installato il motore. In generale però nell’impiego su un motoveicolo si verificano sia rapide variazioni di regime sia accelerazioni angolari, le più intense delle quali in corrispondenza di moti di rollio. A further drawback concerns the so-called gyroscopic effects, particularly significant for two-wheeled vehicles. Let's consider for example the case of a motor with a single shaft in which any counter-rotating masses have negligible polar moment of inertia compared to those of the shaft. If the rotational motion of the crankshaft is uniform and if the shaft axis does not undergo angular accelerations in planes passing through the axis itself, then no reaction is transmitted to the vehicle on which the engine is installed. . In general, however, when used on a motor vehicle, both rapid speed changes and angular accelerations occur, the most intense of which in correspondence with rolling motions.

A rapide variazioni di regime corrisponde una coppia di reazione che tende a far ruotare il basamento e di conseguenza l’intero veicolo. Se l’albero motore à ̈ longitudinale, allora il pilota può avvertire nettamente questa coppia di reazione, che provoca un brusco rollio, non solo fastidioso, ma anche pericoloso se si verifica in curva. Se l’albero motore à ̈ trasversale ed il motoveicolo à ̈ in fase di inserimento in curva, fase nella quale si verifica un transitorio di rollio, allora l’effetto giroscopico provoca due conseguenze, ossia: Rapid speed variations correspond to a reaction torque which tends to make the crankcase and consequently the entire vehicle rotate. If the crankshaft is longitudinal, then the driver can clearly feel this reaction torque, which causes a sharp roll, not only annoying, but also dangerous if it occurs when cornering. If the crankshaft is transverse and the motor vehicle is entering a curve, a phase in which a roll transient occurs, then the gyroscopic effect causes two consequences, namely:

− l’inserimento in curva risulta più lento, per effetto del momento giroscopico principale, che si oppone al rollio, e ⠒cornering is slower, due to the effect of the main gyroscopic moment, which opposes the roll, and

− si verifica un momento secondario di imbardata, il cui verso dipende dal verso di rotazione dell’albero motore (se in avanti o all’indietro). ∠’a secondary yaw moment occurs, the direction of which depends on the direction of rotation of the crankshaft (whether forward or backward).

In generale l’effetto giroscopico principale può risultare una quota non trascurabile dell’inerzia dell’intero veicolo, e la rapidità dell’ingresso in curva sensibilmente rallentata. In general, the main gyroscopic effect can result in a not negligible share of the inertia of the entire vehicle, and the speed of cornering is significantly slowed down.

Questa à ̈ una delle ragioni per cui, compatibilmente con le necessità di avere una buona regolarità periodica del motore, nelle moto da competizione si cerca di alleggerire l’albero motore stesso. This is one of the reasons why, compatibly with the need to have a good periodic regularity of the engine, in racing motorcycles we try to lighten the crankshaft itself.

In generale i motoveicoli di corrente produzione esibiscono l’uno o l’altro dei difetti sopracitati: quelli con l’albero motore longitudinale sono avvantaggiate nell’ingresso in curva ma soffrono della “coppia di reazione†, e quelli con l’albero motore trasversale non soffrono di coppie di reazione fastidiose ma sono rallentati nei transitori di rollio. In general, the motorcycles of current production exhibit one or the other of the aforementioned defects: those with the longitudinal crankshaft have an advantage in cornering but suffer from the `` reaction torque '', and those with the transverse crankshaft does not suffer from annoying reaction torques but are slowed down in the roll transients.

Sulla base dell’analisi dello stato dell’arte sin qui eseguito, la presente invenzione parte dalla considerazione che si possono individuare tre aree di miglioramento, in particolare: Based on the analysis of the state of the art performed up to now, the present invention starts from the consideration that three areas for improvement can be identified, in particular:

− il miglioramento dell’equilibratura, ∠’improvement of balancing,

− la riduzione degli ingombri, e ⠒the reduction of overall dimensions, e

− la riduzione degli effetti giroscopici. ⠒reduction of gyroscopic effects.

Le soluzioni note non riescono ad ottenere contemporaneamente miglioramenti in tutte e tre queste aree. Ad esempio, se si vuole migliorare l’equilibratura si può ricorrere a un motore a sei cilindri in linea o boxer, ma gli ingombri aumentano. Se si utilizza un albero motore trasversale, risulta scomodo impiegare, almeno in ambito motociclistico, motori boxer. Known solutions fail to achieve improvements in all three of these areas at the same time. For example, if you want to improve the balance you can use a six-cylinder in-line or boxer engine, but the overall dimensions increase. If a transverse crankshaft is used, it is inconvenient to use boxer engines, at least in the motorcycle field.

Occorre anche considerare che ciascuna soluzione, ad esempio al problema dell’equilibratura, rischia di comportare ulteriori inconvenienti in un’altra area. Ad esempio, l’adozione di un contralbero di bilanciamento o di un volano aumenta l’inerzia delle masse rotanti, con conseguente diminuzione dei tempi di accelerazione e ripresa, complicazione costruttiva e aumento del peso del motore, con conseguente riduzione della potenza specifica ottenibile. It should also be considered that each solution, for example to the balancing problem, risks causing further problems in another area. For example, the adoption of a balancing countershaft or a flywheel increases the inertia of the rotating masses, with a consequent decrease in acceleration and recovery times, constructive complications and an increase in the weight of the engine, with a consequent reduction in specific power obtainable.

Infine, si tenga presente che gli schemi a più alberi motore fino ad oggi individuati possono portare miglioramenti per le tre aree indicate, ma sono complessi da costruire. Proprio per questo motivo, ad eccezione di qualche applicazione nel passato specialmente nelle competizioni dei motori a U, non esiste alcuna applicazione attuale per i veicoli di trasporto su terra. Finally, it should be borne in mind that the multiple crankshaft schemes identified so far can bring improvements for the three areas indicated, but are complex to build. Precisely for this reason, with the exception of some applications in the past especially in U-engine competitions, there is no current application for ground transport vehicles.

Sommario dell’invenzione Summary of the invention

Il problema tecnico posto e risolto dalla presente invenzione à ̈ pertanto quello di fornire un motore a combustione interna di tipo volumetrico alternativo che consenta di ovviare agli inconvenienti sopra menzionati con riferimento alla tecnica nota, in particolare raggiungendo un compromesso ottimale fra equilibratura, diminuzione degli ingombri e degli effetti giroscopici e ridotta complessità costruttiva. The technical problem posed and solved by the present invention is therefore that of providing an internal combustion engine of an alternative volumetric type which allows to overcome the aforementioned drawbacks with reference to the known art, in particular by reaching an optimal compromise between balancing, reduction of overall dimensions. and gyroscopic effects and reduced construction complexity.

Tale problema viene risolto da un motore secondo la rivendicazione 1. This problem is solved by an engine according to claim 1.

Caratteristiche preferite della presente invenzione sono oggetto delle rivendicazioni dipendenti. Preferred features of the present invention are the subject of the dependent claims.

L’invenzione fornisce un motore a combustione interna di tipo volumetrico alternativo basato su due gruppi, o bancate, di cilindri “paralleli opposti†, le quali bancate sono meccanicamente accoppiate tramite ingranaggi o altri dispositivi equivalenti. The invention provides an internal combustion engine of reciprocating volumetric type based on two groups, or banks, of â € œopposing parallelâ € cylinders, which banks are mechanically coupled by means of gears or other equivalent devices.

Nel presente contesto, con il termine “bancata†(“bank†) si intende uno o una pluralità di pistoni che, tramite rispettive bielle, azionano un unico albero motore. Nell’invenzione, ciascuna bancata à ̈ collegata meccanicamente ad una o più ulteriori bancate fornendo un’unica presa di forza, dalla quale si genera un moto rotatorio. Gli alberi motore delle diverse bancate presentano assi di rotazione paralleli. In the present context, the term â € œbankâ € (â € œbankâ €) means one or a plurality of pistons which, through respective connecting rods, drive a single crankshaft. In the invention, each bank is mechanically connected to one or more further banks providing a single power take-off, from which a rotary motion is generated. The crankshafts of the different banks have parallel rotation axes.

Le bancate, nel contesto del motore o del mezzo di locomozione / generazione di potenza nel quale sono inserite, possono quindi condividere, a valle - rispetto al flusso di potenza - della loro connessione, gli stessi ulteriori componenti, ad esempio lo stesso carter e lo stesso cambio. The cylinder banks, in the context of the engine or the means of locomotion / power generation in which they are inserted, can therefore share, downstream - with respect to the power flow - of their connection, the same additional components, for example the same casing and the same exchange.

Sempre nel presente contesto, per pistoni “paralleli opposti†si intendono pistoni che Again in the present context, by `` opposite parallel '' pistons we mean pistons that

− presentano direzioni / assi di movimento paralleli, ∠’have parallel directions / axes of motion,

− vengono spinti in versi opposti dallo scoppio, essendo montati con le relative testate da parti opposte. ⠒are pushed in opposite directions by the blast, being mounted with their respective heads on opposite sides.

Per l’illustrazione dell’invenzione definiamo con il termine “manovellismo†un insieme manovella-biella-pistone relativo a un cilindro, mentre con il termine “coppia di manovellismi†l’insieme di due manovellismi appartenenti a bancate differenti e giacenti nel medesimo piano di moto delle bielle. For the illustration of the invention we define with the term â € œcrank mechanismâ € a set of crank-connecting rod-piston relating to a cylinder, while with the term â € œpair of crank mechanismsâ € the set of two crank mechanisms belonging to different banks and lying in the same plane of motion as the connecting rods.

In una configurazione di base, ciascuna bancata à ̈ costituita da un unico pistone, i pistoni di bancate adiacenti essendo configurati in modo da risultare paralleli opposti. In una configurazione di maggiore potenza, ciascuna bancata à ̈ formata da una pluralità di pistoni. In a basic configuration, each bank consists of a single piston, the pistons of adjacent banks being configured to be opposite parallel. In a higher power configuration, each bank is made up of a plurality of pistons.

La configurazione dei cilindri/pistoni e degli alberi motore dell’invenzione consente di ottenere un motore particolarmente compatto e di minimo ingombro a parità di cilindrata e/o numero dei cilindri, con una equilibratura più efficiente a parità di cilindri e con ridotti effetti giroscopici collaterali. The configuration of the cylinders / pistons and of the crankshafts of the invention allows to obtain a particularly compact engine with minimum overall dimensions for the same displacement and / or number of cylinders, with a more efficient balancing for the same cylinders and with reduced gyroscopic effects. collateral.

In particolare, la configurazione proposta permette di sovrapporre parzialmente o totalmente due bancate secondo una direzione di accostamento ortogonale al moto dei pistoni, consentendo un grande risparmio di spazio. Il motore risultante presenta una forma regolare con poca differenza delle dimensioni nelle tre direzioni. In particular, the proposed configuration allows two banks to be partially or totally superimposed according to an approach direction orthogonal to the motion of the pistons, allowing a great saving of space. The resulting engine has a regular shape with little difference in size in the three directions.

Questa ottimizzazione degli spazi à ̈ molto interessante non solo in ambito automobilistico da turismo, ma soprattutto nelle competizioni e in ambito motociclistico. This space optimization is very interesting not only in the touring car sector, but above all in competitions and in the motorcycle sector.

In particolare, lo schema proposto consente di realizzare motori quadricilindrici estremamente compatti e regolari, permettendo la loro utilizzazione anche con budget spaziali estremamente ridotti. È anche possibile realizzare motori a otto cilindri con due bancate da quattro pistoni/cilindri ognuna, che potrebbero essere interessanti nelle competizioni automobilistiche. In particular, the proposed scheme allows to realize extremely compact and regular four-cylinder engines, allowing their use even with extremely reduced space budgets. It is also possible to make eight-cylinder engines with two banks of four pistons / cylinders each, which could be of interest in motor racing.

La configurazione a due alberi motore controrotanti consente di ottenere una equilibratura superiore rispetto ad almeno una configurazione attuale ad albero singolo. Per esempio: il motore dell’invenzione bicilindrico, ottenuto dall’insieme di due bancate monocilindriche, ha un’equilibratura paragonabile a quella di un motore in linea a quattro cilindri, avendo le forze del primo ordine perfettamente equilibrate, cosa che non avviene coi motori bicilindrici in linea. The configuration with two counter-rotating crankshafts allows for superior balancing compared to at least one current single-shaft configuration. For example: the engine of the two-cylinder invention, obtained from the combination of two single-cylinder banks, has a balance comparable to that of a four-cylinder in-line engine, having the forces of the first order perfectly balanced, which is not happens with two-cylinder in-line engines.

Sempre se i due alberi motore sono controrotanti, nel caso di alberi longitudinali le coppie di rovesciamento sono nulle, gli effetti giroscopici primari (opposizione inclinazione moto all’ingresso in curva) non si verificano e quelli secondari (tendenza sovra o sottosterzante della moto) sarebbero comunque nulli. Nel caso di motori con alberi trasversali, gli effetti giroscopici primari non sono diminuiti, mentre gli effetti giroscopici secondari sono nulli (a differenza dei motori ad albero singolo). Always if the two crankshafts are counter-rotating, in the case of longitudinal shafts the overturning torques are zero, the primary gyroscopic effects (opposition of the motorbike inclination to the entry into the curve) and the secondary ones (oversteer or understeer tendency of the motorbike) do not occur. in any case they would be null and void. In the case of motors with cross shafts, the primary gyro effects are not diminished, while the secondary gyroscopic effects are zero (unlike single shaft motors).

Altri vantaggi, caratteristiche e le modalità di impiego della presente invenzione risulteranno evidenti dalla seguente descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione, presentate a scopo esemplificativo e non limitativo. Other advantages, characteristics and methods of use of the present invention will become evident from the following detailed description of some embodiments, presented by way of non-limiting example.

Descrizione breve delle figure Brief description of the figures

Verrà fatto riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: Reference will be made to the figures of the attached drawings, in which:

− la Figura 1 mostra una vista in prospettiva di una bancata di un motore a quattro cilindri ad alberi controrotanti secondo una forma di realizzazione preferita della presente invenzione; Figure 1 shows a perspective view of a bank of a four-cylinder engine with counter-rotating shafts according to a preferred embodiment of the present invention;

− la Figura 2 mostra una vista anteriore del motore di Figura 1; ∠’Figure 2 shows a front view of the engine of Figure 1;

− la Figura 3 mostra una vista in prospettiva del motore di Figura 1; ∠’Figure 3 shows a perspective view of the engine of Figure 1;

− la Figura 4 mostra un diagramma di equilibratura di una coppia di manovellismi; ∠’Figure 4 shows a balancing diagram of a pair of crank mechanisms;

− la Figura 5 mostra una vista in prospettiva di un motore bicilindrico con alberi controrotanti secondo un’altra forma di realizzazione preferita della presente invenzione; e Figure 5 shows a perspective view of a twin-cylinder engine with counter-rotating shafts according to another preferred embodiment of the present invention; And

− la Figura 6 mostra una vista in prospettiva di un motore quadricilindrico con alberi equirotanti accoppiati tramite un ingranaggio centrale secondo una ulteriore forma di realizzazione preferita della presente invenzione. Figure 6 shows a perspective view of a four-cylinder engine with equirotating shafts coupled by means of a sun gear according to a further preferred embodiment of the present invention.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite Detailed description of preferred embodiments

Con riferimento alle Figure 1, 2 e 3, un motore a combustione interna di tipo volumetrico alternativo secondo una forma di realizzazione preferita dell’invenzione à ̈ complessivamente denotato con 1. Nel presente esempio, il motore 1 à ̈ di tipo a quattro cilindri. With reference to Figures 1, 2 and 3, an internal combustion engine of the reciprocating volumetric type according to a preferred embodiment of the invention is generally denoted by 1. In the present example, the engine 1 is of the four-cylinder type .

Il motore 1 à ̈ formato da una prima bancata di pistoni (e rispettivi cilindri) 101 e da una seconda bancata di pistoni (e rispettivi cilindri) 102, disposte sostanzialmente sovrapposte secondo una direzione O ortogonale alla direzione di movimento dei pistoni, quest’ultima comune per i pistoni delle bancate e denotata genericamente con M. The engine 1 is formed by a first bank of pistons (and respective cylinders) 101 and by a second bank of pistons (and respective cylinders) 102, arranged substantially superimposed according to a direction O orthogonal to the direction of movement of the pistons, this latter last common for cylinder bank pistons and generically denoted by M.

La prima bancata 101 à ̈ formata da un primo pistone 11 e da un secondo pistone 12, mobili entro rispettivi cilindri che per semplicità non sono stati rappresentati. The first bank 101 is formed by a first piston 11 and a second piston 12, movable within respective cylinders which for the sake of simplicity have not been shown.

Il primo pistone 11 à ̈ girevolmente connesso in corrispondenza di un asse A1 all’estremità di una prima biella 13 e, similmente, il secondo pistone 12 à ̈ girevolmente connesso in corrispondenza di un asse A2, parallelo all’asse A1, all’estremità di una seconda biella 14. Come nei motori noti, tali connessioni girevoli sono di tipo a perno, in cui l’occhio piccolo di biella à ̈ montato su uno spinotto solidale con il pistone, e consentono un singolo grado di libertà rotazionale. The first piston 11 is rotatably connected at an axis A1 to the end of a first connecting rod 13 and, similarly, the second piston 12 is rotatably connected at an axis A2, parallel to the axis A1, to the End of a second connecting rod 14. As in known engines, these swivel connections are of the pin type, in which the small eye of the connecting rod is mounted on a pin integral with the piston, and allow a single degree of freedom rotational.

Le bielle 13 e 14 sono connesse, in corrispondenza dell’altra estremità e secondo modalità note - in particolare con un accoppiamento che realizza una manovella – ad un primo albero motore comune 15, tipicamente di tipo a gomiti. L’albero motore 15 presenta asse di rotazione R1 ortogonale alla direzione di movimento M dei pistoni 11 e 12 e parallelo agli assi A1 e A2. The connecting rods 13 and 14 are connected, at the other end and according to known methods - in particular with a coupling that produces a crank - to a first common drive shaft 15, typically of the crankshaft type. The drive shaft 15 has an axis of rotation R1 orthogonal to the direction of movement M of the pistons 11 and 12 and parallel to the axes A1 and A2.

All’albero motore 15 à ̈ solidale un primo ingranaggio 16 o un mezzo di trasmissione meccanica equivalente. A first gear 16 or an equivalent mechanical transmission means is integral with the drive shaft 15.

In modo assolutamente speculare, la seconda bancata 102 Ã ̈ formata da un primo e da un secondo pistone, rispettivamente 21 e 22, mobili entro rispettivi cilindri che anche in questo caso non sono stati rappresentati. In an absolutely specular way, the second bank 102 is formed by a first and a second piston, respectively 21 and 22, movable within respective cylinders which also in this case have not been shown.

Tali pistoni 21 e 22 sono girevolmente connessi, secondo modalità analoghe a quelle già descritte per la prima bancata 101, a rispettive bielle 23 e 24 secondo assi in questo caso denotati con B1 e B2. These pistons 21 and 22 are rotatably connected, according to methods similar to those already described for the first bank 101, to respective connecting rods 23 and 24 according to axes in this case denoted by B1 and B2.

Le bielle 23 e 24 sono inoltre connesse, sempre secondo le modalità già descritte per la prima bancata 101, ad un secondo albero motore comune 25, tipicamente di tipo a gomiti, presentante asse di rotazione R2 parallelo all’asse di rotazione R1 del primo albero motore 15. The connecting rods 23 and 24 are also connected, again according to the methods already described for the first bank 101, to a second common crankshaft 25, typically of the crankshaft type, having a rotation axis R2 parallel to the rotation axis R1 of the first crankshaft 15.

All’albero motore 25 à ̈ solidale un secondo ingranaggio 26 o un mezzo di trasmissione meccanica equivalente. A second gear 26 or an equivalent mechanical transmission means is integral with the drive shaft 25.

La disposizione complessiva à ̈ tale che il primo pistone ed il secondo pistone 11 e 12 della prima bancata 101 sono configurati in modo da risultare ciascuno parallelo opposto al rispettivo primo o secondo pistone 21, 22 della seconda bancata 102. In questo modo i pistoni 11 e 21, così come i pistoni 12 e 22, formano due coppie di manovellismi come prima definiti. The overall arrangement is such that the first piston and the second piston 11 and 12 of the first bank 101 are configured so as to be each parallel opposite to the respective first or second piston 21, 22 of the second bank 102. In this way the pistons 11 and 21, as well as the pistons 12 and 22, form two pairs of crank mechanisms as defined above.

In breve, quindi, le due bancate 101 e 102 sono parallele, nel senso che la direzione di movimento dei pistoni 11, 12, 21 e 22 Ã ̈ la medesima, ma con testate dei pistoni delle due bancate orientate in versi opposti. In short, therefore, the two banks 101 and 102 are parallel, in the sense that the direction of movement of the pistons 11, 12, 21 and 22 is the same, but with the heads of the pistons of the two banks oriented in opposite directions.

Gli ingranaggi 16 e 26 sono reciprocamente impegnati, ossia ingranati. The gears 16 and 26 are mutually engaged, i.e. meshed.

In uso, il primo ed il secondo pistone di ciascuna bancata si muovono in versi opposti. In use, the first and second pistons of each bank move in opposite directions.

Nel presente esempio, i due alberi motore 15 e 25 sono controrotanti. In the present example, the two drive shafts 15 and 25 are counter-rotating.

In Figura 2 à ̈ stata tracciata una “Z†formata dagli assi dei cilindri delle due bancate uniti tra di loro con un segmento che congiunge i centri di rotazione dei due alberi motore. Per questo motivo, il motore può anche essere definito “motore Z†. L’angolo individuato da uno dei due assi dei cilindri e la congiungente i due alberi motori viene ugualmente chiamato Angolo Zeta ed à ̈ denotato con γ in Figura 2. In Figure 2 a â € œZâ € formed by the axes of the cylinders of the two banks joined together with a segment that joins the rotation centers of the two crankshafts has been traced. For this reason, the engine can also be called â € œZ engineâ €. The angle identified by one of the two axes of the cylinders and the one joining the two driving shafts is also called the Zeta angle and is denoted by γ in Figure 2.

In Figura 4 Ã ̈ presentato un diagramma che illustra come si equilibrano le forze del primo ordine per ogni coppia di manovellismi nella configurazione controrotante sopra illustrata. Figure 4 presents a diagram illustrating how the forces of the first order are balanced for each pair of crank mechanisms in the counter-rotating configuration illustrated above.

Per continuare l’illustrazione del diagramma ricordiamo che ogni manovellismo à ̈ divisibile in masse oscillanti e masse rotanti. In particolare: To continue the illustration of the diagram, remember that each crank mechanism is divisible into oscillating masses and rotating masses. In particular:

− le masse oscillanti sono composte dal pistone, dallo spinotto con cui si monta sul piede di biella e dalla porzione della biella superiore al baricentro, − le masse rotanti sono composte dalla manovella, dalla testa della biella e dalla porzione della biella inferiore al baricentro. ∠'the oscillating masses are composed of the piston, the pin with which it is mounted on the small end and the portion of the connecting rod above the center of gravity, âˆ' the rotating masses are composed of the crank, the head of the connecting rod and the portion of the lower connecting rod at the center of gravity.

Le forze d’inerzia del primo ordine delle masse oscillanti sono rappresentabili con un vettore parallelo all’asse del cilindro. The first order inertia forces of the oscillating masses can be represented with a vector parallel to the cylinder axis.

Le forze d’inerzia delle masse rotanti sono rappresentabili con un vettore rotante con centro nel centro di rotazione dell’albero motore. The forces of inertia of the rotating masses can be represented with a rotating vector with its center in the center of rotation of the motor shaft.

Si definisce, infine, percentuale di equilibratura, la percentuale di momento statico rotante fornito dal sistema manovella testa di biella (detto anche occhio grande di biella) rispetto al momento statico delle masse oscillanti. Finally, the balancing percentage is defined as the percentage of static rotating moment provided by the big end crank system (also called big connecting rod eye) with respect to the static moment of the oscillating masses.

Da studi effettuati impiegando nozioni comuni nel settore, si à ̈ accertato che in ogni momento la risultante di queste due forze per ogni manovellismo può avere: From studies carried out using common notions in the sector, it has been ascertained that at any moment the resultant of these two forces for each crank mechanism can have:

− la direzione della congiungente i due centri degli alberi motore, ⠒the direction of the joining the two centers of the crankshafts,

− intensità uguale, ⠒equal intensity,

− verso opposto a quello dell'altro manovellismo. ⠒opposite direction to that of the other crank mechanism.

Affinché questa situazione, che permette l’equilibratura completa delle forze del primo ordine, si verifichi, l’angolo tra le due manovelle dalla coppia di manovellismo deve essere pari a due volte l’Angolo Zeta prima definito. Se questa condizione à ̈ rispettata à ̈ sempre possibile, calcolando opportunamente la percentuale di equilibratura di ogni manovellismo, raggiungere detta equilibratura delle forze del primo ordine. For this situation, which allows the complete balancing of the forces of the first order, to occur, the angle between the two cranks from the crank torque must be equal to twice the Zeta angle defined above. If this condition is met, it is always possible, by suitably calculating the balancing percentage of each crank mechanism, to achieve said balancing of the first order forces.

Nella Figura 4 vediamo la singola coppia di manovellismi con i pistoni 11 e 21, le bielle 13 e 23 e manovelle denotate con 17 e 27. In Figure 4 we see the single pair of crank mechanisms with pistons 11 and 21, connecting rods 13 and 23 and cranks denoted by 17 and 27.

Per ogni manovellismo vediamo i due vettori delle forze rotanti e oscillanti del primo ordine e la loro risultante che annulla quella dell’altro manovellismo. For each crank we see the two vectors of the rotating and oscillating forces of the first order and their resultant which cancels that of the other crank.

La condizione di equilibratura delle forze del primo ordine riguarda una singola coppia di manovellismi. È interessante ricordare che, nella configurazione quadricilindrica controrotante se, oltre alla condizione per l’equilibratura delle forze del primo ordine, le manovelle della stessa bancata hanno tra di loro un angolo di 90 gradi, allora anche le forze del secondo ordine sono perfettamente equilibrate. Questa situazione rende questa configurazione superiore ai normali motori quadricilindrici e tricilindrici in linea. The condition of balancing the forces of the first order concerns a single pair of crank mechanisms. It is interesting to remember that, in the counter-rotating four-cylinder configuration, if, in addition to the condition for balancing the first order forces, the cranks of the same bank have an angle of 90 degrees to each other, then the second order forces are also perfectly balanced. . This situation makes this configuration superior to normal four-cylinder and three-cylinder in-line engines.

Nelle diverse forme di realizzazione dell’invenzione, l’accoppiamento fra bancate adiacenti può essere centrale, laterale su un solo lato oppure bilaterale, con una coppia di ingranaggi di accoppiamento – o mezzi di collegamento meccanico equivalenti - sui due lati delle bancate. In the different embodiments of the invention, the coupling between adjacent banks can be central, lateral on one side only or bilateral, with a pair of coupling gears - or equivalent mechanical connection means - on both sides of the banked.

Varianti di realizzazione possono prevedere un accoppiamento di bancate tale che i due alberi siano equirotanti. Variants of embodiment can provide for a coupling of banks such that the two shafts are equirotating.

Tale configurazione, in un motore a quattro cilindri con accoppiamento con ingranaggi centrali, à ̈ mostrata in Figura 6. In quest’ultima figura, componenti corrispondenti a quelli della configurazione di cui alle precedenti Figure da 1 a 3 sono stati identificati con il medesimo riferimento numerico seguito dallo “0†. In tale configurazione, à ̈ previsto un unico ingranaggio centrale 166 che si ingrana direttamente sui due alberi motore 150 e 250. This configuration, in a four-cylinder engine with central gear coupling, is shown in Figure 6. In this last figure, components corresponding to those of the configuration referred to in the previous Figures 1 to 3 have been identified with the same numerical reference followed by â € œ0â €. In this configuration, there is a single central gear 166 which meshes directly on the two crankshafts 150 and 250.

La Figura 5 mostra una ulteriore forma di realizzazione basata su di una configurazione bicilindrica con alberi controrotanti. In quest’ultima figura, componenti corrispondenti a quelli della configurazione di cui alle precedenti Figure da 1 a 3 sono stati identificati con il medesimo riferimento numerico seguito dallo “1†. Figure 5 shows a further embodiment based on a twin-cylinder configuration with counter-rotating shafts. In this last figure, components corresponding to those of the configuration referred to in the previous Figures 1 to 3 have been identified with the same numerical reference followed by â € œ1â €.

Per completezza, nella tabella che segue viene eseguito un confronto fra il motore dell’invenzione ed i motori noti già considerati nell’introduzione. For completeness, in the following table a comparison is made between the engine of the invention and the known engines already considered in the introduction.

Denominazione Differenze con il “motore Z†Denomination Differences with the â € œengine Zâ €

UI cilindri non sono in parallelo opposto, ma hanno, invece, le teste orientate nello stesso verso. The cylinders are not in opposite parallel, but instead have their heads oriented in the same direction.

I motori utilizzati non sono in linea, ma contrapposti o boxer. The engines used are not in-line, but opposed or boxer.

H La definizione di “parallelo opposto†non à ̈ applicabile data la configurazione del motore. H The definition of “opposite parallel” is not applicable due to the motor configuration.

I motori utilizzati non sono in linea, ma a V. The motors used are not in line, but in V.

W La definizione di “parallelo opposto†non à ̈ applicabile data la configurazione del motore. W The definition of “opposite parallel” is not applicable due to the motor configuration.

∆<Le varie bancate non sono collegate tramite gli alberi motori, ma tramite le>camere di scoppio condivise tra i cilindri.∠† <The various cylinder banks are not connected through the crankshafts, but through the> combustion chambers shared between the cylinders.

Denominazione Differenze con il “motore Z†Denomination Differences with the â € œengine Zâ €

I motori utilizzati non sono in linea, ma a V. The motors used are not in line, but in V.

X La definizione di “parallelo opposto†non à ̈ applicabile data la configurazione del motore. X The definition of “opposite parallel” is not applicable due to the motor configuration.

La presente invenzione à ̈ stata fin qui descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione. È da intendersi che possano esistere altre forme di realizzazione che afferiscono al medesimo nucleo inventivo, come definito dall’ambito di protezione delle rivendicazioni qui di seguito riportate. The present invention has been described heretofore with reference to preferred embodiments. It is to be understood that other embodiments may exist which refer to the same inventive core, as defined by the scope of protection of the claims reported below.

Claims (6)

RIVENDICAZIONI 1. Motore (1) a combustione interna di tipo volumetrico alternativo, comprendente un primo gruppo (101), o prima bancata, di pistoni che insistono su di un primo albero motore (15) girevole secondo un primo asse di rotazione (R1), ed un secondo gruppo (102), o seconda bancata, di pistoni che insistono su di un secondo albero motore (25) presentante un asse di rotazione (R2) parallelo all’asse di rotazione (R1) di detto primo albero motore (15), in cui i pistoni di dette prima (101) e seconda (102) bancata sono configurati con direzioni di movimento (M) parallele ed in cui almeno un pistone (11, 12) di detta prima bancata (101) à ̈ configurato in modo tale da muoversi in verso opposto ad almeno un pistone (21, 22) di detta seconda bancata (102) a seguito dello scoppio nel rispettivo cilindro, secondo una disposizione in cui essi risultano “paralleli opposti†. CLAIMS 1. Internal combustion engine (1) of reciprocating volumetric type, comprising a first group (101), or first bank, of pistons which insist on a first motor shaft (15) rotatable according to a first axis of rotation (R1), and a second group (102), or second bank, of pistons insisting on a second driving shaft (25) having a rotation axis (R2) parallel to the rotation axis (R1) of said first driving shaft (15 ), in which the pistons of said first (101) and second (102) bank are configured with parallel directions of movement (M) and in which at least one piston (11, 12) of said first bank (101) is configured in such a way to move in the opposite direction to at least one piston (21, 22) of said second bank (102) following the explosion in the respective cylinder, according to an arrangement in which they are â € œopposing parallelâ €. 2. Motore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna di dette prima (101) e seconda (102) bancata comprende un unico pistone. Engine (1) according to claim 1, wherein each of said first (101) and second (102) bank comprises a single piston. 3. Motore (1) secondo la rivendicazione 1, in cui ciascuna di dette prima (101) e seconda (102) bancata comprende due pistoni (11, 12, 21, 22). Engine (1) according to claim 1, wherein each of said first (101) and second (102) bank comprises two pistons (11, 12, 21, 22). 4. Motore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo (15) e secondo (25) albero motore sono controrotanti. Motor (1) according to any one of the preceding claims, wherein said first (15) and second (25) drive shaft are counter-rotating. 5. Motore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui detto primo (15) e secondo (25) albero motore sono equirotanti. Motor (1) according to any one of claims 1 to 3, wherein said first (15) and second (25) drive shaft are equirotating. 6. Motore (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui dette prima (101) e seconda (102) bancata sono disposte sostanzialmente sovrapposte secondo una direzione (O) ortogonale alla direzione di movimento (M) di detti pistoni.Engine (1) according to any one of the preceding claims, wherein said first (101) and second (102) bank are arranged substantially superimposed according to a direction (O) orthogonal to the direction of movement (M) of said pistons.