ITTO20010660A1 - Motore diesel pluricilindrico con azionamento variabile delle valvole. - Google Patents

Motore diesel pluricilindrico con azionamento variabile delle valvole. Download PDF

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ITTO20010660A1
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IT
Italy
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exhaust
intake
cylinder
valve
engine
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Application number
IT2001TO000660A
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Francesco Vattaneo
Lorentino Macor
Andrea Pecori
Laura Gianolio
Costantino Vafidis
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Fiat Ricerche
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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Motore Diesel pluricilindrico con azionamento variabile delle valvole"
TESTO DELLA DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ai motori Diesel pluricilindrici , del tipo con azionamento variabile delle valvole.
La Richiedente ha già proposto nel suo brevetto statunitense US-A-6 237 551 un motore di questo tipo comprendente :
- due valvole di aspirazione e due valvole di scarico per ciascun cilindro, provviste ciascuna di rispettivi mezzi elastici di richiamo che spingono la valvola verso una posizione chiusa, per controllare rispettivi condotti di aspirazione e di scarico,
almeno un albero a camme per azionare le valvole di aspirazione e di scarico dei cilindri del motore mediante rispettive punterie, ciascuna valvola di aspirazione e le due .valvole di scarico essendo comandate da una rispettiva camma di detto albero a camme,
- in cui ciascuna di dette punterie comanda la rispettiva valvola di aspirazione o scarico contro l'azione di detti mezzi elastici di richiamo mediante l'interposizione di mezzi idraulici includenti una camera di fluido in pressione,
- la camera di fluido in pressione associata a ciascuna valvola di aspirazione o alle due valvole di scarico essendo atta ad essere collegata mediante una elettrovalvola con un canale di scarico allo scopo di disaccoppiare la valvola dalla rispettiva punteria e provocare la chiusura rapida della valvola per effetto dei rispettivi mezzi elastici di richiamo,
- mezzi elettronici di controllo per controllare ciascuna elettrovalvola per variare il tempo e la corsa di apertura della rispettiva valvola di aspirazione o scarico in funzione di uno o più parametri operativi del motore,
- in cui ciascuna camma dell'albero a camme del motore ha un profilo tale da tendere a provocare l'apertura della rispettiva valvola di aspirazione o delle rispettive valvole di scarico da essa controllate non soltanto durante la fase di apertura convenzionale entro il normale ciclo di funzionamento del motore, ma anche in alcune fasi aggiuntive del ciclo,
- in cui detti mezzi elettronici di controllo sono atti a provocare l'apertura di ciascuna elettrovalvola in modo da mantenere la rispettiva valvola di aspirazione o le rispettive valvole di scarico chiuse durante la fase convenzionale sopra menzionata e/o durante una o più di dette fasi aggiuntive in cui la rispettiva camma tenderebbe a provocare l'apertura della valvola, per cui il motore può essere fatto funzionare selettivamente secondo diversi modi di funzionamento controllando dette elettrovalvole, e
- in cui il profilo della camma che controlla le valvole di scarico è tale da provocare una fase di apertura aggiuntiva delle valvole di scarico sostanzialmente durante la parte finale della fase di aspirazione, così da realizzare un ciclo di funzionamento del tipo cosiddetto di "postcharging" , nel quale l'apertura delle valvole di scarico durante la parte finale della fase di aspirazione fa sì che aria fresca fluisca dapprima direttamente dal condotto di aspirazione al condotto di scarico, a causa della sovrapressione nel collettore di aspirazione mentre successivamente, a seguito dell'aumento di pressione nel collettore di scarico, parte dell'aria ritorna dal condotto di scarico entro il cilindro sfruttando l'extrapressione entro il collettore di scarico, così da migliorare il riempimento del cilindro.
Lo scopo della presente invenzione è quello di perfezionare ulteriormente il motore precedentemente proposto al fine di ottenere una serie di vantaggi per quanto riguarda la riduzione delle emissioni nocive allo scarico e/o il superamento di problemi di avviamento a freddo o di generazione del cosiddetto "blue smoke" in fase di riscaldamento dopo l'avviamento a freddo ("warm-up"), e/o l'ottenimento di migliori prestazioni e/o di riduzione di consumi.
In vista di raggiungere tale scopo, l'invenzione ha per oggetto un motore a combustione interna avente tutte le caratteristiche sopra indicate e caratterizzato inoltre dal fatto che la camma di controllo di ciascuna valvola di aspirazione è conformata in modo tale da provocare l'apertura della rispettiva valvola di aspirazione durante la normale fase di scarico del motore così da realizzare una ricircolazione dei gas di scarico (EGR) internamente al motore, per il fatto che durante la normale fase di scarico parte dei gas di scarico passa dal cilindro nel condotto di aspirazione, per poi tornare nel cilindro durante la successiva fase di aspirazione, mentre parte dei gas di scarico precedentemente passati nel condotto di scarico ritorna nel cilindro durante tale fase di aspirazione a causa della suddetta apertura aggiuntiva della valvola di scarico, per cui le cariche di gas di scarico che ritornano nel cilindro partecipano nella combustione nel ciclo successivo del motore.
Grazie all'EGR interno è possibile ottenere una sostanziale riduzione dei consumi e delle emissioni a freddo ai bassi regimi e carichi. Come si vede, sia per realizzare il ciclo di "post-charging", sia per realizzare l'EGR interno, occorre prevedere una alzata aggiuntiva delle valvole di scarico durante la fase di aspirazione. Tuttavia, nei due casi la massima efficienza viene ottenuta con una legge e fasatura di alzata diversa delle valvole di scarico. Grazie all'uso dell'azionamento variabile delle valvole, è possibile prevedere una camma avente una geometria prefissata per ottenere entrambi gli scopi, in quanto sono i suddetti mezzi elettronici di controllo che intervenendo realizzano, per una data geometria della camma, diverse geometrie di alzata delle valvole di scarico.
Nei motori tradizionali, l'EGR interno può essere realizzato soltanto in misura limitata, in quanto diversamente si verifica un'attenuazione eccessiva dello "swirl" della carica di aria introdotta nel cilindro a causa dell'introduzione di una massa di gas combusti con quantità di moto angolare nulla o bassa o di senso inverso. Secondo un'ulteriore caratteristica dell'invenzione, al fine di ridurre significativamente le emissioni tramite l'aumento di tollerabilità dell'EGR interno, i due condotti di aspirazione associati a ciascun cilindro presentano tratti terminali conformati l'uno in modo da dirigere l'aria nel cilindro secondo una direzione sensibilmente tangenziale e l'altro essendo conformato a chiocciola, in modo da generare un vortice rotante intorno ad un asse sostanzialmente parallelo all'asse del cilindro, detti mezzi elettronici di controllo essendo atti a controllare in modo differenziato le due valvole di aspirazione associate a tali condotti in modo tale da modulare il livello di "swirl" entro il cilindro. Infatti, il primo condotto di aspirazione, con lo sbocco tangenziale, è atto a generare un alto "swirl" dalle prime fasi di apertura delle valvole di aspirazione, mentre il secondo condotto ha funzioni "di riempimento" e genera "swirl" solo in sinergia con il primo. E' così possibile parzializzare l'aspirazione mantenendo alto lo swirl, così da evitare i rischi di spegnimento che si generano a causa di un EGR troppo elevato. Mantenendo aperto il primo condotto di aspirazione e parzializzando l'alzata del secondo si minimizzano le perdite dovute all'effetto di pompaggio, che hanno conseguenze negative sui consumi.
Il motore secondo l'invenzione può inoltre sfruttare, analogamente al motore noto già proposto, la possibilità di progettare il motore con un rapporto di compressione geometrico relativamente basso, ad esempio nell'ordine di 17 o anche meno, grazie al controllo del rapporto di compressione effettivo. I mezzi elettronici di controllo possono essere così predisposti per chiudere la valvola di aspirazione dopo il punto morto inferiore ai regimi e carichi massimi e per anticipare invece la chiusura della valvola di aspirazione al punto morto inferiore in fase di avviamento. In tal modo, all'avviamento si sfrutta tutto il volume interno del cilindro così da evitare il rischio di mancata accensione e formazione dì "blue smoke" dovuti a valori troppo bassi di pressione e temperatura, in quanto si sfrutta tutto il rapporto di compressione geometrico del motore, mentre ai regimi e carichi massimi si riporta ad una legge di alzata valvole simile a quella conenzionale.
Secondo un'ulteriore caratteristica dell'invenzione, i mezzi elettronici di controllo sono predisposti per anticipare la chiusura delle valvole di aspirazione nel funzionamento a freddo al fine di diminuire la portata d'aria attraverso il motore e conseguentemente, per un dato calore ceduto ai gas di scarico, per innalzare la loro temperatura e/o per anticipare l'apertura della valvola di scarico al fine di ottenere lo stesso risultato. Grazie a tali caratteristiche è possibile ottenere un innalzamento della temperatura dei gas di scarico nel funzionamento a freddo che è utile per attivare i sistemi di post-trattamento dei gas di scarico (catalizzatori e trappole). Tale risultato viene ottenuto, in alcuni motori noti, predisponendo una valvola a farfalla nel condotto di aspirazione, che ha tuttavia l'inconveniente di una risposta in dinamico limitata.
Naturalmente, il fatto che il motore secondo l'invenzione sfrutti un sistema di EGR interno al motore non esclude la possibilità di utilizzare anche un EGR esterno. In generale l'EGR interno (caldo) non è così efficiente come l'EGR esterno (raffreddato) nel ridurre gli ossidi di azoto. Comunque l'EGR interno (caldo) può essere usato per ridurre gli ossidi di azoto durante le prime fasi di riscaldamento del motore (warm-up) dove le quantità dell'EGR esterno non può essere massimizzata a causa delle sue basse temperature che determinano emissioni troppo elevate di ossidi di carbonio e idrocarburi .
Un importante ulteriore vantaggio del motore secondo l'invenzione, derivante dalla possibilità di realizzare un EGR interno, è quello di ottenere una combustione di tipo HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition). Infatti, il sistema di azionamento variabile delle valvole può controllare accuratamente alte dosi di EGR interno e diluire la carica in modo da renderla quasi stechiometrica controllando contemporaneamente la sua temperatura tramite il suo miscelamento con l'EGR esterno (freddo) . Questo è estremamente importante poiché la temperatura della carica influenza il ritardo di accensione causato dall'alta diluizione della miscela e, grazie all'alta concentrazione di radicali attivi presenti nell'EGR caldo, esso può accelerare la velocità di combustione.
Il sistema consente inoltre una migliore omogeneizzazione e stratificazione della carica. La gestione delle valvole di aspirazione e scarico in modo differenziato è variabile a seconda del punto di funzionamento del motore e permette la stratificazione di aria e dell'EGR interno in modo controllabile. L'abbinamento di questa stratificazione dei gas con la possibilità di introdurre combustile in piccoli pacchetti (iniezioni multiple) già dalle primissime fasi di aspirazione consente la omogeneizzazione e/o stratificazione della carica combustibile/aria/gas residui in ottica di controllo della autoaccensione e combustione. In aggiunta, l'iniezione di una piccola quantità (pilota) di combustibile durante le ultime fasi di compressione permette l'arricchimento locale della carica e garantisce la sua accensione e combustione .
L'utilizzo di un sensore di ossigeno opportunamente posizionato allo scarico del motore consente la continua correzione dell'attuazione delle valvole e/o l'introduzione di combustibile per correggere il titolo effettivo di ogni cilindro da ciclo a ciclo.
Infine, il controllo ciclo a ciclo dell'aria e dell'EGR interno consentito dal sistema di azionamento variabile delle valvole permette una transizione da combustione HCCI a combustione Diesel convenzionale senza difficoltà di guidabilità dell autoveicolo.
In fase di spegnimento del motore, le alzate delle valvole di aspirazione e/o scarico vengono modulate in modo da minimizzare la pressione di compressione all'interno del cilindro e, di conseguenza, le oscillazioni di coppia all'albero motore. Tale strategia riduce significativamente lo scuotimento motore/autoveicolo e sostituisce il dispositivo a farfalla inserito nella linea di aspirazione oggi utilizzato per gli stessi motivi.
Inoltre, la possibilità di chiudere selettivamente sia le valvole di aspirazione che di scarico di qualsiasi cilindro, anche in rotazione, consente il funzionamento degli altri cilindri a carichi più alti e pertanto in maniera più efficiente in termini di consumo di combustibile (modularità).
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 schematica che illustra il principio di funzionamento di un sistema di azionamento variabile delle valvole in un motore a combustione interna,
- le Figure 2, 3 sono viste in sezione parziali in un piano normale all'asse dei cilindri e in un piano parallelo all'asse dei cilindri della testa di un motore Diesel a quattro cilindri secondo 1'invenzione,
- la Figura 4 e la Figura 5 sono una vista prospettica schematica ed una vista in pianta che illustrano una conformazione dei condotti di aspirazione e di scarico associati ad un singolo cilindro del motore delle figure 2, 3,
le Figure 6, 7 illustrano diagrammi che mostrano le alzate delle valvole di aspirazione e di scarico del motore secondo l'invenzione realizzate con l'ausilio del sistema di azionamento variabile delle valvole, in differenti condizioni operative, - le Figure 8(A)-8(G) illustrano schematicamente il ciclo di funzionamento del motore secondo l'invenzione realizzato al fine di ottenere un EGR interno, e
- la Figura 9 illustra un diagramma che mostra i vantaggi derivanti dalla possibilità di adottare un rapporto di compressione geometrico più basso, che è consentita dall'invenzione.
La figura 1 illustra schematicamente il principio di funzionamento di un sistema di azionamento variabile delle valvole in un motore a combustione interna. Il numero 1 indica nel suo insieme la valvola (che può essere sia una valvola di aspirazione sia una valvola di scarico) associata ad un rispettivo condotto 2 (di aspirazione o di scarico) formato in una testa 3 di un motore a combustione interna. La valvola 1 è richiamata verso la sua posizione chiusa (verso l'alto con riferimento alla figura 1) da una molla 4, mentre essa è costretta ad aprirsi da uno stantuffo 5 agente sull'estremità superiore dello stelo della valvola. Lo stantuffo 5 a sua volta è controllato attraverso olio in pressione che è presente entro una camera 6, da uno stantuffo 7 che supporta un bicchierino 8 cooperante con una camma 9 di un albero a camme 10. Il bicchierino 8 è trattenuto da una molla 11 in contatto scorrevole con la camma 9. La camera di pressione 6 può essere collegata ad un condotto 12, che a sua volta comunica con un accumulatore di pressione 13, attraverso l'otturatore 14 di una elettrovalvola 15 che è controllata da mezzi elettronici di controllo (non illustrati) in funzione delle condizioni di funzionamento del motore. Quando l'elettrovalvola 15 viene aperta, l'olio in pressione che è presente nella camera 6 viene scaricato, per cui la valvola 1 si chiude rapidamente sotto l'effetto della molla di richiamo 4.
Quando l'elettrovalvola 15 viene chiusa, l'olio presente nella camera 6 trasmette i movimenti dello stantuffo 7 allo stantuffo 5 e di conseguenza alla valvola 1, per cui la posizione della valvola 1 è determinata dalla camma 9. In altre parole, la camma 9 normalmente controlla l'apertura della valvola 1 secondo un ciclo che dipende dal profilo della camma, ma essa può essere "disabilitata" ogni volta che lo si desideri aprendo l'elettrovalvola 15, così da interrompere il collegamento fra stantuffo 7 e valvola 1.
La presente invenzione si riferisce all'applicazione di un sistema di azionamento variabile delle valvole del tipo sopra descritto ad un motore Diesel pluricilindrico, particolarmente del tipo adatto ad essere utilizzato su un'autovettura ma anche all'applicazione di qualsiasi altro sistema di attuazione dalle valvole variabile con le stesse o simili caratteristiche.
Le figure 2, 3 illustrano schematicamente la testa cilindri di un tale motore, comprendente per ciascun cilindro due valvole di aspirazione VI e due valvole di scarico VE. Ciascuna coppia di valvole di scarico VE sono controllate mediante un ponticello 16 da un unico stantuffo attuatore 5, mentre le due valvole di aspirazione di ciascun cilindro VI sono controllate da stantuffi attuatori separati 5.
Con riferimento alle figure 4, 5, con E sono indicati i due condotti di scarico associati a ciascun cilindro del motore, mentre con I1. e I2 sono indicati i condotti di aspirazione.
Come visibile chiaramente nella figura 5, il primo condotto di aspirazione li è conformato in modo da dirigere il flusso di aria in ingresso nel cilindro secondo una direzione Fi sostanzialmente tangenziale rispetto all'asse 17 del cilindro. Il secondo condotto di aspirazione I2 presenta invece un tratto terminale a chiocciola che genera all'ingresso del cilindro un vortice di aria F2 rotante intorno ad un asse sostanzialmente parallelo all'asse del cilindro 17.
Le figure 6, 7 sono diagrammi che illustrano le alzate delle valvole di aspirazione e di scarico del motore, indicate rispettivamente con A ed S, rispettivamente nella condizione di funzionamento atta a realizzare il "post-charging" , secondo quanto già sopra illustrato, e nella condizione di funzionamento atta a realizzare 1'EGR interno. A tal fine, le camme di comando delle valvole di aspirazione e di scarico presentano una sporgenza principale destinata a realizzare le normali alzate di tali valvole durante le normali fasi di aspirazione e di scarico nel ciclo Diesel, e un'ulteriore sporgenza destinata a realizzare un'alzata supplementare della valvola di scarico durante la normale fase di aspirazione (figura 6 e 7) e della valvola di aspirazione durante la normale fase di scarico (vedere figure 7). Nonostante la geometria delle camme di comando sia fissa, i diagrammi di alzata delle valvole nelle figure 6, 7 differiscono fra loro, in quanto la chiusura della valvola di aspirazione può essere anticipata (vedere figura 6) grazie al sistema di azionamento variabile delle valvole, svuotando la camera di pressione prima della chiusura "naturale" della valvola di aspirazione, ed in quanto la fase supplementare di apertura delle valvole di scarico durante la fase di aspirazione può essere variata in alzata e durata, sempre grazie all'azionamento variabile delle valvole (confrontare il diagramma S a destra nelle figure 6 e 7).
Come già sopra illustrato, il modo di funzionamento che viene realizzato con le alzate illustrate nella figura 6 permette di realizzare un ciclo di tipo "post-charging", in quanto l'apertura aggiuntiva della valvola di scarico durante l'ultima fase di aspirazione fa sì che parte dell'aria introdotta nel cilindro durante la fase di aspirazione passi direttamente dal condotto di aspirazione al condotto di scarico, per poi essere successivamente fatta ritornare dentro il cilindro da un'onda di pressione che si crea nel collettore di scarico per il fatto che un altro cilindro del motore è in fase di scarico, con il conseguente vantaggio di migliorare il riempimento del motore ed incrementare la coppia ai bassi regimi. Il sistema di azionamento variabile delle valvole consente di chiudere la valvola di aspirazione in modo variabile, al fine di sfruttare in modo ottimale l'onda di pressione che si crea allo scarico.
Nel modo di funzionamento corrispondente ai diagrammi di alzata illustrati nella figura 7, si verifica sempre un'alzata supplementare della valvola di scarico durante la parte finale della fase di aspirazione, ma con una fasatura ed una lunghezza di apertura diverse rispetto al caso dell'alzata supplementare illustrata nella figura 6. In questo caso, inoltre, si verifica un'alzata supplementare della valvola di aspirazione durante la parte iniziale della fase di scarico. Tale modo di funzionamento è anche illustrato negli schemi delle figure 8(A)-8(G). La figura 8(A) illustra il cilindro nella fase di combustione, con valvole di aspirazione e scarico chiuse. La figura 8(B) illustra la situazione nella prima parte della fase di scarico, con la valvola di aspirazione chiusa e la valvola di scarico aperta. In tale fase il pistone sale verso l'alto espellendo i gas combusti B attraverso il condotto di scarico. La figura 8(C) illustra la situazione in una parte successiva della fase di scarico, quando la valvola di aspirazione si è aperta, per cui una parte BA dei gas combusti entrano nel condotto di aspirazione e nel collettore di aspirazione. La figura 8(D) illustra la situazione immediatamente dopo la chiusura della valvola di aspirazione durante la fase di scarico. In tale fase, una quantità BA di gas combusti rimane intrappolata nel condotto di aspirazione, mentre la valvola di scarico è sempre aperta per consentire lo scarico dei gas combusti. La figura 8(E) illustra la fase successiva normale di aspirazione, in cui la valvola di scarico è chiusa e la valvola di aspirazione è aperta. In tale fase, la quantità di gas di scarico BA che era rimasta intrappolata nel condotto di aspirazione rientra nel cilindro. La valvola di scarico è chiusa. Nella parte finale della fase normale di aspirazione, l'apertura supplementare della valvola di scarico (figura 8(F)) fa sì che una seconda carica di gas combusti Bs che era precedentemente nel condotto di scarico rientri nel cilindro a seguito della depressione nel cilindro. La figura 8(G) illustra la situazione dopo la chiusura della valvola di aspirazione e il termine della fase supplementare di apertura della valvola di scarico, in cui le due quantità di gas di scarico BA e Bs sono intrappolate nel cilindro, insieme alla carica di aria fresca A. Nella fase successiva di combustione, pertanto, i gas combusti BA e Bs partecipano alla combustione realizzando così una ricircolazione interna al motore dei gas combusti (EGR).
Secondo l'invenzione si può effettuare selettivamente i doppi azionamenti delle valvole sopra descritti o solo uno qualsiasi di essi.
In aggiunta si può decidere di anticipare la chiusura delle valvole di scarico intrappolando così gas residui nel cilindro.
L'EGR consente di ridurre i consumi e le emissioni a freddo ai bassi regimi e carichi. Come si vede, la massima efficienza del sistema si realizza con un'alzata supplementare della valvola di scarico diversa per fasatura e durata nel caso del post-charging (figura 6) e nel caso dell 'EGR (figura 7). Dagli studi della Richiedente è però emersa la possibilità di utilizzare un unico profilo di camma per entrambe le funzioni, in guanto l'azionamento variabile delle valvole consente di regolare la chiusura della valvola di aspirazione, nonché la fasatura e la durata dell'apertura supplementare della valvola di scarico.
Nel motore secondo l'invenzione, la realizzazione dell 'EGR interno, secondo il modo di funzionamento illustrato nella figura 7, risulta particolarmente vantaggiosa quando utilizzata in combinazione con la geometria dei condotti di aspirazione illustrata con riferimento alle figure 4, 5. Infatti, l'introduzione dell 'EGR interno tramite la riapertura delle valvole di scarico attenua lo swirl nel cilindro a causa dell'introduzione di una massa di gas combusti con una quantità di moto angolare nulla o bassa o di senso inverso. La possibilità di attuare le due valvole di aspirazione in modo differenziato, in combinazione con la diversa geometria dei condotti di aspirazione I1, I2, permette di aumentare lo swirl contrastando o annullando il suddetto effetto negativo. Infatti, il condotto li genera alto swirl dalle prime fasi di apertura delle fasi di aspirazione, mentre il condotto I2 ha funzione di riempimento, generando swirl solo in sinergia con il primo condotto Ι1. E' così possibile modulare lo swirl attuando in modo differenziato le due valvole di aspirazione, riducendo significativamente le emissioni nocive allo scarico grazie all'aumento della tollerabilità all'EGR. Tale soluzione è decisamente più efficace rispetto alla soluzione tradizionale che prevede una valvola a farfalla parzializzatrice nel condotto di aspirazione, che non garantisce una perfetta tenuta ed introduce flussi secondari tra condotto chiuso e cilindro. D'altra parte, se la chiusura di una delle due valvole di aspirazione introduce perdite per effetto di pompaggio, con conseguenze negative sui consumi, il sistema di azionamento variabile delle valvole permette di minimizzare tale effetto negativo grazie alla possibilità di aprire parzialmente la seconda valvola di aspirazione. Come già detto, tale attuazione opportunamente fasata e controllata consente il mantenimento di un swirl alto nel cilindro con minori perdite di pompaggio e dà luogo ad un migliore trade-off consumi/emissioni.
Per quanto riguarda invece l'effetto "postcharging" realizzato con il modo di funzionamento illustrato nella figura 6, il sistema di azionamento variabile delle valvole permette di realizzare ed ottimizzare tale effetto in una zona più ampia dei regimi di interesse del motore. Regolando la chiusura delle valvole di aspirazione è possibile realizzare un consistente incremento di prestazioni in una zona molto più ampia del piano quotato. Il dispositivo di azionamento variabile delle valvole consente anche la possibilità di escludere la post alzata di scarico a regimi di funzionamento medioalti dove la sua presenza non è desiderata o può essere controproducente.
Come pure già sopra illustrato, il sistema di azionamento variabile delle valvole consente di adottare un rapporto di compressione geometrico (RCG) più basso grazie al controllo del rapporto di compressione effettivo, con i correlati benefici in termini di prestazioni, come risulta evidente dal diagramma della figura 9, che mostra la curva della variazione della pressione media effettiva al variare della velocità del motore per valori del rapporto di compressione geometrico pari a 17 (diagramma curva superiore) e 18 (curva inferiore). Come sopra già ampiamente illustrato, il sistema di azionamento variabile delle valvole consente il vantaggio di poter realizzare un avviamento chiudendo le valvole di aspirazione al punto morto inferiore così da poter sfruttare tutto il rapporto di compressione geometrico ed evitare problemi di spegnimento e blue smoke dovuti a valori di pressione e temperatura bassi. Ai regimi e carichi massimi la chiusura della valvola di aspirazione è ritardata a dopo il punto morto inferiore, e nei regimi intermedi è regolata in modo da garantire l'accendibilità, minimizzare la temperatura e ridurre le emissioni nocive.
Come già sopra illustrato, secondo un'ulteriore caratteristica dell'invenzione, il motore viene controllato in modo da innalzare la temperatura dei gas di scarico per attivare i sistemi di posttrattamento (catalizzatori e trappole) nelle partenze a freddo. Ciò viene ottenuto anticipando la chiusura della valvola di aspirazione per diminuire la portata d'aria attraverso il motore, e quindi, per un dato calore ceduto ai gas di scarico, per innalzare la loro temperatura. Oppure anche anticipando l'apertura della valvola di scarico.
Sempre secondo l'invenzione, è previsto di controllare il motore al fine di realizzare una combustione di tipo HCCI mediante dosatura dell'EGR interno, secondo quanto è già stato sopra illustrato. Pure secondo quanto sopra illustrato il sistema può essere controllato per ottenere la omogeneizzazione e stratificazione della carica, il controllo del motore ad anello chiuso, con l'ausilio di un sensore di ossigeno posizionato allo scarico, e la transizione dalla combustione HCCI alla combustione normale senza difficoltà di guidabilità della vettura. Pure secondo quanto già sopra illustrato, il motore può essere controllato in modo da minimizzare la pressione di compressione all'interno del cilindro e di conseguenza le oscillazioni di coppia all'albero motore durante la fase di spegnimento.
Ancora con riferimento al modo di funzionamento che realizza l'EGR interno, occorre rilevare che in generale l'EGR interno (caldo) non è così efficiente come i sistemi di ricircolo realizzati all'esterno del motore, che consentono il raffreddamento dei gas, nel ridurre gli ossidi di azoto. Comunque l'EGR interno (caldo) può essere usato per ridurre gli ossidi di azoto durante le prime fasi di riscaldamento del motore dopo l'avviamento, in cui l'EGR esterno non può essere usato a causa delle sue basse temperature che determinano emissioni troppo elevatedi ossidi di carbonio e idrocarburi.
Naturalmente, 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 (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Motore Diesel pluricilindrico, comprendente: - due valvole di aspirazione (VI) e due valvole di scarico (VE) per ciascun cilindro, provviste ciascuna di rispettivi mezzi elastici di richiamo (4) che spingono la valvola verso una posizione chiusa, per controllare rispettivi condotti di aspirazione e di scarico (Ι,Ε), - almeno un albero a camme (10) per azionare le valvole di aspirazione (VI) e di scarico (VE) dei cilindri del motore mediante rispettive punterie (7), ciascuna valvola di aspirazione (VI) e le due valvole di scarico (VE) essendo comandate da una rispettiva camma (9) di detto albero a camme (10), - in cui ciascuna di dette punterie (7) comanda la rispettiva valvola di aspirazione (VI) o scarico (VE) contro l'azione di detti mezzi elastici di richiamo (4) mediante l'interposizione di mezzi idraulici includenti una camera di fluido in pressione (6), - la camera di fluido in pressione (6) associata a ciascuna valvola di aspirazione o alle due valvole di scarico (VE) essendo atta ad essere collegata mediante una elettrovalvola (15) con un canale di scarico (12) allo scopo di disaccoppiare la valvola dalla rispettiva punteria e provocare la chiusura rapida della valvola per effetto dei rispettivi mezzi elastici di richiamo (4), - mezzi elettronici di controllo per controllare ciascuna elettrovalvola (15) per variare il tempo e la corsa di apertura della rispettiva valvola di aspirazione (VI) o scarico (VE) in funzione di uno o più parametri operativi del motore, - in cui ciascuna camma (9) dell'albero a camme (10) del motore ha un profilo tale da tendere a provocare l'apertura della rispettiva valvola di aspirazione (VI) o delle rispettive valvole di scarico (VE) da essa controllate non soltanto durante la fase di apertura convenzionale entro il normale ciclo di funzionamento del motore, ma anche in alcune fasi aggiuntive del ciclo, - in cui detti mezzi elettronici di controllo sono atti a provocare l'apertura di ciascuna elettrovalvola (15) in modo da mantenere la rispettiva valvola di aspirazione (VI) o le rispettive valvole di scarico (VE) chiuse durante la fase convenzionale sopra menzionata e/o durante una o più di dette fasi aggiuntive in cui la rispettiva camma tenderebbe a provocare l'apertura della valvola, per cui il motore può essere fatto funzionare selettivamente secondo diversi modi di funzionamento controllando dette elettrovalvole (15), e in cui il profilo della camma (9) che controlla le valvole di scarico (VI) è tale da provocare una fase di apertura aggiuntiva delle valvole di scarico sostanzialmente durante la parte finale della fase di aspirazione, così da realizzare un ciclo di funzionamento del tipo cosiddetto di "post-charging", nel quale l'apertura delle valvole di scarico (VE) durante la parte finale della fase di aspirazione fa sì che aria fresca fluisca dapprima direttamente dal condotto di aspirazione al condotto di scarico, a causa dellasovrapressione nel condotto di aspirazione, mentre successivamente, dopo la chiusura delle valvole di aspirazione, a seguito dell'aumento di pressione nel collettore di scarico, parte dell'aria ritorna dal condotto di scarico entro il cilindro sfruttando 1'extrapressione entro il collettore di scarico, così da migliorare il riempimento del cilindro, detto motore essendo caratterizzato inoltre dal fatto che la camma (9) di controllo di ciascuna valvola di aspirazione (VI) è conformata in modo tale da provocare l'apertura della rispettiva valvola di aspirazione (VI) durante la normale fase di scarico del motore così da realizzare una ricircolazione dei gas di scarico (EGR) internamente al motore, per il fatto che durante la normale fase di scarico parte dei gas di scarico (BA) passa dal cilindro nel condotto di aspirazione (I), per poi tornare nel cilindro durante la successiva fase di aspirazione, mentre parte dei gas di scarico (Bs) precedentemente passati nel condotto di scarico ritorna nel cilindro durante tale fase di aspirazione a causa della suddetta apertura aggiuntiva della valvola di scarico (VE), per cui le cariche di gas di scarico (BA,BS) che ritornano nel cilindro partecipano nella combustione nel ciclo successivo del motore.
  2. 2. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i due condotti di aspirazione (I) associati a ciascun cilindro presentano tratti terminali conformati l'uno in modo da dirigere l'aria nel cilindro secondo una direzione (F1) sensibilmente tangenziale e l'altro essendo conformato a chiocciola, in modo da generare un vortice (F2) rotante intorno ad un asse (18) sostanzialmente parallelo all'asse (17) del cilindro, detti mezzi elettronici di controllo essendo atti a controllare in modo differenziato le due valvole di aspirazione (VI) associate a tali condotti (I) in modo tale da modulare il livello di "swirl" entro il cilindro.
  3. 3. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi elettronici di controllo sono predisposti per chiudere la valvola di aspirazione (VI) dopo il punto morto inferiore ai regimi e carichi massimi e per anticipare invece la chiusura della valvola di aspirazione al punto morto inferiore in fase di avviamento .
  4. 4. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che, detto motore ha cilindri con rapporto di compressione geometrico (RCG) uguale o inferiore a 17.
  5. 5. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che i mezzi elettronici di controllo sono predisposti per anticipare la chiusura delle valvole di aspirazione (VI) e/o per anticipare l'apertura della valvola di scarico (VE) nelle partenze a freddo al fine di diminuire la portata d'aria attraverso il motore e conseguentemente, per un dato calore ceduto ai gas di scarico, per innalzare la loro temperatura al fine di attivare sistemi di trattamento dei gas di scarico, quali catalizzatori e trappole per particolato .
  6. 6. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi per introdurre combustile nel cilindro in piccoli pacchetti, mediante iniezioni multiple già dalle primissime fasi di aspirazione, così da realizzare, grazie anche al meccanismo dell'EGR interno, una stratificazione della carica combustile-aria-gas residui, che consente un controllo della autoaccensione e della combustione.
  7. 7. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende mezzi per iniettare una piccola quantità (pilota) di combustile durante le ultime fasi di compressione che permette l'arricchimento locale della carica e garantisce la sua accensione e combustione .
  8. 8. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che comprende un sensore di ossigeno posizionato allo scarico del motore, detti mezzi elettronici di controllo essendo predisposti per effettuare una correzione continua dell'attuazione delle valvole e/o comandare l'introduzione di combustile, secondo una logica ad anello chiuso, sulla base del segnale emesso da detto sensore, per correggere il titolo effettivo di ogni cilindro da ciclo a ciclo.
  9. 9. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elettronici di controllo sono predisposti, in fase di spegnimento del motore, per modulare le alzate delle valvole di aspirazione (VI) e/o scarico (VE) in modo da minimizzare la pressione di compressione all'interno del cilindro e, di conseguenza, le oscillazioni di coppia all'albero motore.
  10. 10. Motore Diesel pluricilindrico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi elettronici di controllo sono predisposti per escludere selettivamente dei cilindri innalzando così il carico degli altri e di conseguenza la loro efficienza termica e quindi minimizzando il consumo di combustibile. Il tutto sostanzialmente come descritto ed illustrato e per gli scopi specificati.
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