ITPN20060003A1

ITPN20060003A1 - CINEMATIC CHAIN

Info

Publication number: ITPN20060003A1
Authority: IT
Inventors: Flavio Pantarotto
Original assignee: Flavio Pantarotto
Priority date: 2006-01-16
Filing date: 2006-01-16
Publication date: 2007-07-17
Also published as: WO2007080623A1; WO2007080623B1

Description

“Catena cinematica” "Cinematic chain"

La presente invenzione si riferisce a una catena cinematica atta a tradurre il movimento retilineo alternato di un cursore in moto rotatorio di un albero o viceversa.. The present invention relates to a kinematic chain suitable for translating the reciprocating rectilinear movement of a slider into the rotary motion of a shaft or vice versa.

Per quanto riguarda lo stato della tecnica, si può fare riferimento alla critica del sistema biella-manovella, il quale presenta una serie di problemi legati all’ingombro dell’insieme, ai costi di produzione, nonché alla complessa equilibratura delle masse eccentriche in gioco. As for the state of the art, reference can be made to the criticism of the connecting rod-crank system, which presents a series of problems related to the overall dimensions, production costs, as well as the complex balancing of the eccentric masses involved.

Ora, occorre precisare un fato: il progettista di una qualsiasi macchina, che adoti il sistema biella-manovella è costreto a cercare difficili compromessi, perché la architettura di tale sistema rappresenta spesso un ostacolo, ma, nello stesso tempo, una necessità. Now, it is necessary to specify a fate: the designer of any machine that adopts the connecting rod-crank system is forced to seek difficult compromises, because the architecture of this system often represents an obstacle, but at the same time, a necessity.

Prendiamo ad esempio un motore a combustione interna, oppure una pompa, o ancora un compressore a pistoni: al loro interno le masse fluide in gioco, sono costrete a compiere tortuosi percorsi, entro i quali devono accelerare, fermarsi e invertire il senso di moto, vincendo la propria inerzia, con notevole dispersione di energia, causa principale di un basso rendimento. Take, for example, an internal combustion engine, or a pump, or even a piston compressor: within them the fluid masses involved are forced to make tortuous paths, within which they must accelerate, stop and reverse the direction of motion, overcoming its own inertia, with considerable energy dispersion, the main cause of low efficiency.

Il vincolo più importante dell’albero a gomiti è comunque dato dal fato che la corsa del pistone è sempre il doppio del braccio della manovella, per cui, in fase di progettazione, esistono praticamente solo due variabili: la portata volumetrica (cilindrata) ed il rapporto alesaggio/corsa. The most important constraint of the crankshaft is however given by the fact that the piston stroke is always double the crank arm, therefore, in the design phase, there are practically only two variables: the volumetric flow rate (displacement) and the bore / stroke ratio.

Ciò comporta il fatto che per poter lavorare con consistenti bracci di leva, si deve ridurre l’alesaggio. Di conseguenza, a parità di cilindrata, minore è l’alesaggio, minore sarà la superficie che utilizza la pressione in gioco e minore sarà la forza ottenuta. This means that in order to work with consistent lever arms, the bore must be reduced. Consequently, with the same displacement, the smaller the bore, the smaller the surface that uses the pressure involved and the lower the force obtained will be.

Per quanto riguarda il motore a combustione interna, occorre precisare che l’architettura tradizionale impedisce di raggiungere rendimenti elevati. As for the internal combustion engine, it should be noted that traditional architecture prevents high efficiency from being achieved.

Nei moderni motori a corsa corta (superquadri), nei quali l’alesaggio è maggiorato, il rendimento termodinamico è portato a leggermente migliorare, ma, essendo il braccio di leva (tramite il quale la biella agisce sull’albero motore) forzatamente pari alla metà della corsa stessa, la coppia generata è piccola. Pertanto, se si vogliono raggiungere potenze ragguardevoli, è necessario far lavorare il motore a regimi sostanzialmente elevati. In modern short stroke engines (superquadri), in which the bore is increased, the thermodynamic efficiency is led to slightly improve, but, since the lever arm (through which the connecting rod acts on the crankshaft) is forcibly equal to half of the stroke itself, the torque generated is small. Therefore, if considerable power is to be achieved, it is necessary to make the engine work at substantially high speeds.

Ciò richiede l’esasperato alleggerimento delle masse in moto alternato insieme con la minuziosa equilibratura di quelle in moto rotatorio e di conseguenza la massima efficacia dei sistemi di lubrificazione e di raffreddamento (che richiedono portate e pressioni notevoli con commisurato assorbimento di energia). This requires the exasperated lightening of the masses in reciprocating motion together with the meticulous balancing of those in rotary motion and consequently the maximum effectiveness of the lubrication and cooling systems (which require significant flow rates and pressures with commensurate energy absorption).

Scopo della presente invenzione è quello di: concepire un cinematismo, che, sostituendosi al tradizionale sistema biella-manovella, permetta di ripensare l’architettura del motore a pistoni, superando i problemi connaturati alla stessa architettura, perseguendo i seguenti obbiettivi: The purpose of the present invention is to: conceive a kinematics, which, replacing the traditional connecting rod-crank system, allows to rethink the architecture of the piston engine, overcoming the inherent problems of the architecture itself, pursuing the following objectives:

sfruttare la massima parte della pressione prodotta in camera di scoppio; exploit the maximum part of the pressure produced in the combustion chamber;

rendere indipendente la corsa dei pistoni dal braccio di leva che agisce sull’albero motore, allo scopo di aumentare l’alesaggio, senza andare a scapito del valore della coppia motrice; make the piston stroke independent from the lever arm that acts on the crankshaft, in order to increase the bore, without affecting the value of the drive torque;

rendere rettilineo il percorso che i gas devono compiere dalla zona di aspirazioni fino alla parte di scarico, onde sfruttare la loro inerzia invece che contrastarla; make the path that the gases must travel from the intake area to the exhaust part straight, in order to exploit their inertia instead of opposing it;

industrializzare il prodotto come unità motrice autonoma, che permetta di realizzare motori di diversa cilindrata e potenza, accoppiando una pluralità di cilindri agli organi di trasmissione, in modo tale da abbattere i costi di produzione attraverso una soluzione modulare di motorizzazione di diversa cilindrata; industrialize the product as an autonomous drive unit, which allows the production of engines of different displacement and power, by coupling a plurality of cylinders to the transmission components, in such a way as to reduce production costs through a modular solution of motorization of different displacement;

realizzare una struttura che, inglobando parte meccanica ed elettrica, si presti ad un impiego ibrido con alimentazione alternata, a seconda delle esigenze, a carburante o a corrente. to realize a structure which, incorporating the mechanical and electrical part, is suitable for hybrid use with alternating power supply, depending on the needs, with fuel or current.

Questi risultati sono ottenuti dalla catena cinematica secondo l’invenzione, la quale è caratterizzata da primi mezzi atti a tradurre il movimento alternativo di almeno un pistone in movimento rotatorio di un sostanzialmente singolo albero motore, detti primi mezzi essendo atti a comprendere .secondi mezzi These results are obtained by the kinematic chain according to the invention, which is characterized by first means adapted to translate the reciprocating movement of at least one piston into the rotary movement of a substantially single drive shaft, said first means being able to comprise second means

Queste ed altre caratteristiche risultano evidenti dalla seguente descrizione e dagli acclusi disegni, in cui: These and other characteristics are evident from the following description and the attached drawings, in which:

Figg.la,lb rappresentano rispettivamente una vista di assieme in pianta e una vista in sezione secondo le linee A-A di Fig.la del cinematismo secondo l’invenzione in corrispondenza del punto morto superiore; Figs la, 1b respectively represent an overall plan view and a sectional view along the lines A-A of Fig. La of the kinematics according to the invention at the top dead center;

Fig.2 rappresenta una vista di assieme in prospettiva del cinematismo di Fig.1 ; Fig.2 represents a perspective assembly view of the kinematics of Fig.1;

Fig.3 rappresenta una vista in pianta di uno dei particolari del cinematismo secondo Γ invenzione; Fig.3 represents a plan view of one of the details of the kinematics according to the invention;

Fig.4 rappresenta ima vista in pianta di un secondo particolare del cinematismo secondo l’ invenzione; Fig.4 represents a plan view of a second detail of the kinematics according to the invention;

Fig.5 rappresenta vista in sezione di un particolare di Fig.3 preso secondo le linee B-B; Fig.5 represents a sectional view of a detail of Fig.3 taken along the lines B-B;

Fig.6 rappresenta una vista in sezione di un particolare di Fig.4 preso secondo le linee C-C; Fig.6 represents a sectional view of a detail of Fig.4 taken along the lines C-C;

Fig.7 rappresenta una vista in prospettiva di un particolare di Fig.3; Fig.7 represents a perspective view of a detail of Fig.3;

Fig.8 rappresenta una vista in prospettiva di un particolare di Fig.4; Fig.8 represents a perspective view of a detail of Fig.4;

Figg.9,10 rappresentano rispettivamente una vista laterale e una vista in prospettiva del cinematismo secondo l’invenzione, prese in corrispondenza del punto morto supereiore; Figs 9,10 represent respectively a side view and a perspective view of the kinematics according to the invention, taken at the top dead center;

Figg.l 1,12 rappresentano una vista laterale e una vista in prospettiva del cinematismo secondo l’invenzione, prese in corrispondenza di una rotazione di 20° dello stesso cinematismo rispetto alle Figg.9.10; Figs.1 1.12 represent a side view and a perspective view of the kinematics according to the invention, taken at a rotation of 20 ° of the same kinematics with respect to Figs.9.10;

Figg.l 3.14 rappresentano una. vista laterale e una vista in prospettiva del cinematismo secondo l’invenzione, prese in corrispondenza di una rotazione di 40° dello stesso cinematismo rispetto alle Figg.9.10; Figs. 1 3.14 represent a. side view and a perspective view of the kinematics according to the invention, taken at a rotation of 40 ° of the same kinematics with respect to Figs.9.10;

Figg.l 5, 16 rappresentano una vista laterale e una vista in prospettiva del cinematismo secondo l’invenzione, prese in corrispondenza di una rotazione di 60° dello stesso cinematismo rispetto alle Figg.9.10; Figs.1 5, 16 represent a side view and a perspective view of the kinematics according to the invention, taken at a 60 ° rotation of the same kinematics with respect to Figs.9.10;

Figg.17.il 8 rappresentano una vista laterale e ima vista in prospettiva del cinematismo secondo l’invenzione, prese in corrispondenza di una rotazione di 80° (punto morto inferiore) dello stesso cinematismo rispetto alle Figg.9.10. Figs.17.8 represent a side view and a perspective view of the kinematics according to the invention, taken at a rotation of 80 ° (bottom dead center) of the same kinematics with respect to Figs.9.10.

Figg.l 9,20 rappresentano una diversa disposizione del cinematismo secondo l’invenzione rispettivamente al punto morto superiore e inferiore; Figs. 1 9,20 represent a different arrangement of the kinematics according to the invention respectively at the top and bottom dead center;

Fig.21 rappresenta una delle possibili applicazioni del cinematismo secondo l’invenzione. Fig. 21 represents one of the possible applications of the kinematics according to the invention.

Fig.22 rappresenta una ulteriore possibile applicazione del cinematismo di Fig.21; Fig.23 rappresenta una vista della applicazione di Fig.22; Fig. 22 represents a further possible application of the kinematics of Fig. 21; Fig.23 represents a view of the application of Fig.22;

D E S C RI Z I ON E DESCRIPTION

La catena cinematica secondo l’invenzione comprende due coppie di camme coassiali rispettivamente 1,2 esterne e 3,4 interne, come si vedrà più avanti. (Figg. 5, 6, 7, 8). Le camme coassiali vengono definite corpi ruotanti. All’occorrenza le camme esterne 1,2 possono essere solidali tra di loro, così come quelle interne 3,4, realizzando in tale maniera solo due corpi ruotanti. The kinematic chain according to the invention comprises two pairs of coaxial cams respectively 1.2 external and 3.4 internal, as will be seen later. (Figs. 5, 6, 7, 8). Coaxial cams are referred to as rotating bodies. If necessary, the external cams 1,2 can be integral with each other, as well as the internal ones 3,4, thus creating only two rotating bodies.

Dette camme 1,2, 3, 4 risultano essere di forma tubolare, provviste, ciascuna, di profili costituiti da creste 6 e di valli 7, unite da rampe inclinate 8. Said cams 1,2, 3, 4 are tubular in shape, each provided with profiles consisting of ridges 6 and valleys 7, joined by inclined ramps 8.

Le rampe inclinate 8 appartenenti a due camme, rispettivamente 3,1 o 4,2 che ruotano l’una dentro l’altra, in senso opposto, , formano due gole 9 (Figg.13,14) Alle estremità delle camme 1,2, 3, 4 sono previste corone dentate rispettivamente 10,11,12,13, che risultano solidali, ciascuna, alla propria camma (Figg.5,6). Come si vedrà più avanti, le corone dentate 10-13 sono chiamate a collegare ciascuna delle camme 1,2,3 ,4 a un albero 14, grazie alla presenza di altre ruote dentate 16,17,18,19, solidali allo stesso albero 14 (Fig.lb). The inclined ramps 8 belonging to two cams, respectively 3,1 or 4,2 which rotate one inside the other, in the opposite direction, form two grooves 9 (Figs 13,14) At the ends of the cams 1,2 , 3, 4 are provided with toothed crowns 10,11,12,13 respectively, which are each integral with its own cam (Figs.5,6). As will be seen later, the toothed crowns 10-13 are called to connect each of the cams 1,2,3, 4 to a shaft 14, thanks to the presence of other toothed wheels 16,17,18,19, integral with the same shaft 14 (Fig.lb).

Tra l’albero 14 e le camme interne 3,4 è prevista l’interposizione di due ingranaggi folli 21,22 (Figg.la,lb), il cui compito è quello di garantire l’inversione del senso di rotazione delle camme interne 3,4 rispetto a quelle esterne 1,2. Between the shaft 14 and the internal cams 3,4 there is the interposition of two idle gears 21,22 (Figs la, 1b), whose task is to ensure the inversion of the direction of rotation of the internal cams 3 , 4 compared to the external ones 1,2.

Le corone dentate 10-13, le ruote dentate 16-19, e gli ingranaggi 21,22 sono definiti mezzi di trasmissione per la trasmissione di moto rotatorio ad un albero 14. The toothed crowns 10-13, the toothed wheels 16-19, and the gears 21,22 are defined transmission means for transmitting rotary motion to a shaft 14.

Sulla superficie interna delle camme 1,2 esterne e sulla superficie esterna delle camme 3,4 interne, sono ricavate piste di rotolamento, rispettivamente 23 e 24,26 atte all’alloggiamento di rulli conici 27 o simili (Fig.lb). Le piste di rotolamento 23,24, 26 insieme con i rulli conici 27 consentono di eliminare ogni forma di attrito radente tra le parti in movimento. On the internal surface of the external cams 1,2 and on the external surface of the internal cams 3,4, rolling tracks are obtained, respectively 23 and 24,26 suitable for housing conical rollers 27 or the like (Fig.lb). The rolling tracks 23, 24, 26 together with the tapered rollers 27 allow to eliminate any form of sliding friction between the moving parts.

Al interno delle camme 3,4 scorre un cursore 28, munito di perni 29, sui quali sono atti a ruotare otto perni folli 30,31 rispettivamente esterni ed interni. Come si vedrà più avanti, il cursore 28 è atto a svolgere la funzione di pistone 32, quando scorre all’intemo di un cilindro 33 (Fig.21). I perni folli 30,31 sono atti a rotolare sul profilo delle camme 1,2, 3, 4, traducendo il moto rotatorio di dette camme in moto lineare del cursore 28. Tra le camme interne 3,4 è previsto un basamento 34, il quale è atto a consentire la sola rotazione delle camme 1,2, 3, 4 attorno al proprio asse. Inside the cams 3,4 slides a cursor 28, equipped with pins 29, on which eight idle pins 30, 31, respectively external and internal, are able to rotate. As will be seen later, the slider 28 is able to perform the function of piston 32, when it slides inside a cylinder 33 (Fig. 21). The idle pins 30,31 are able to roll on the profile of the cams 1,2, 3, 4, translating the rotary motion of said cams into the linear motion of the slider 28. A base 34 is provided between the internal cams 3,4. which is adapted to allow only the rotation of the cams 1,2, 3, 4 around its own axis.

Il funzionamento della catena cinematica secondo l’invenzione è il seguente: The operation of the kinematic chain according to the invention is as follows:

- i profili delle camme 1,2, 3, 4 sono atti a formare quattro gole 9 (Figg.13,14). - the profiles of the cams 1,2, 3, 4 are suitable for forming four grooves 9 (Figs. 13,14).

Durante la rotazione delle camme superiori 1,3, due gole 9 diametralmente opposte tendono a divaricarsi, permettendo così ai perni folli 30,31, che rotolano sui profili delle camme 1,3 (Figg.9-18), di scendere lungo le loro rampe 8; During the rotation of the upper cams 1,3, two diametrically opposite grooves 9 tend to spread apart, thus allowing the idler pins 30,31, which roll on the profiles of the cams 1,3 (Figs. 9-18), to descend along their ramps 8;

- contemporaneamente, le gole formate dalle camme inferiori 2,4 tendono a stringersi, costringendo i perni folli 30,31 che rotolano sui profili delle camme, 2,4 a salire lungo le loro rampe 8; - at the same time, the grooves formed by the lower cams 2,4 tend to tighten, forcing the idle pins 30, 31 which roll on the profiles of the cams, 2,4 to rise along their ramps 8;

il cursore 28 viene così costretto a traslare verso il basso (Figg.9-18); the slider 28 is thus forced to translate downwards (Figs 9-18);

durante la rotazione delle camme, i perni folli 30,31 percorrono tratti piani coincidenti con le creste 6 di una coppia di camme 2,4 e con le valli 7 della opposta coppia di camme 1,3; detti tratti piani consentono al cursore 28 di restare fermo lungo un intervallo di tempo, che risulterà variabile oppure riducibile fino a zero, in funzione del particolare utilizzo della cinematica secondo l’invenzione; during the rotation of the cams, the idler pins 30, 31 travel along flat sections coinciding with the crests 6 of a pair of cams 2,4 and with the valleys 7 of the opposite pair of cams 1,3; said flat sections allow the cursor 28 to remain stationary for a time interval, which will be variable or reducible to zero, depending on the particular use of the kinematics according to the invention;

- una volta superato detto tratto morto inferiore, durante la rotazione delle camme superiori 1,3, due gole 9 diametralmente opposte tendono a stringersi, permettendo così ai perni folli 30,31, che rotolano sui profili delle camme 1,3, (Figg.9-18) di salire lungo le loro rampe 8; - once said lower dead section has been passed, during the rotation of the upper cams 1,3, two diametrically opposite grooves 9 tend to tighten, thus allowing the idler pins 30,31, which roll on the profiles of the cams 1,3, (Figs. 9-18) to climb along their ramps 8;

- contemporaneamente, le gole formate dalle camme inferiori 2,4 tendono a divaricarsi, costringendo i perni folli 30,31, che rotolano sui profili delle camme 2,4, a scendere lungo le loro rampe 8; - at the same time, the grooves formed by the lower cams 2,4 tend to spread apart, forcing the idle pins 30,31, which roll on the profiles of the cams 2,4, to descend along their ramps 8;

il cursore 28 viene così costretto a traslare verso l’alto. Alla fine di questa corsa, si verificherà la presenza di un tratto morto superiore, analogo a quello inferiore, già descritto; the cursor 28 is thus forced to translate upwards. At the end of this run, the presence of an upper dead section will be verified, similar to the lower one, already described;

- a questo punto, le camme 1,2, 3, 4, hanno compiuto mezza rotazione, il cursore 28 ha compiuto un ciclo completo e tutto può ricominciare. - at this point, the cams 1,2, 3, 4 have completed half a rotation, the cursor 28 has completed a complete cycle and everything can start over.

E’ da precisare che detta catena cinematica è atta a funzionare nel doppio caso in cui saranno le camme 1,2, 3 ,4 a obbligare il cursore 28 al movimento, oppure sarà quest’ ultimo a costringere la camme a ruotare. It should be noted that said kinematic chain is capable of operating in the double case in which it will be the cams 1,2, 3, 4 to force the cursor 28 to move, or it will be the latter to force the cams to rotate.

Naturalmente, dimensionando opportunamente i componenti, è possibile inserire all’intemo delle camme due cursori, orientati perpendicolarmente fra loro, che si muoveranno sempre con velocità uguale ed opposta, permettendo di sfruttare appieno le potenzialità del cinematismo (Fig. 24-25). Of course, by appropriately sizing the components, it is possible to insert two cursors inside the cams, oriented perpendicularly to each other, which will always move with the same and opposite speed, allowing to fully exploit the potential of the kinematics (Fig. 24-25).

I perni folli 30,31, che ruotano sugli spinotti 29, dispongono di una sezione variabile (Fig.lb), allo scopo di rendere omogenea la velocità di rotolamento sui profili delle camme, in funzione della distanza tra il punto di contatto ed il centro di rotazione. The cam followers 30,31, which rotate on the pins 29, have a variable section (Fig.lb), in order to make the rolling speed homogeneous on the profiles of the cams, as a function of the distance between the contact point and the center of rotation.

Si deve precisare che la applicazione operativa della catena cinematica secondo l’invenzione è atta ad avere diversi sbocchi: It should be noted that the operational application of the kinematic chain according to the invention is likely to have different outlets:

quello di un motore a combustione interna a due o quattro tempi; that of a two- or four-stroke internal combustion engine;

quello di una pompa; that of a pump;

quello di un compressore; that of a compressor;

la sostituzione del sistema biella-manovella ovunque sia possibile e vantaggioso (macchine a vapore, macchine tessili, cucitrici, generatori di vibrazioni, ecc.). the replacement of the connecting rod-crank system wherever possible and advantageous (steam machines, textile machines, sewing machines, vibration generators, etc.).

I vantaggi che possono essere applicati ai diversi sbocchi, in conseguenza della applicazione del concetto fin qui esposto, sono una pluralità, tra cui: The advantages that can be applied to the different outlets, as a consequence of the application of the concept described above, are a plurality, including:

- ima diversa architettura, con conseguente occupazione ottimale di volumi, dimensioni e forma, detta occupazione ottimale risultando garantita dal fatto che l’asse X (Fig.lb) di traslazione del cursore coincide con l’asse di rotazione delle camme; - a different architecture, with consequent optimal occupation of volumes, dimensions and shape, said optimal occupation being guaranteed by the fact that the X axis (Fig.lb) of translation of the cursor coincides with the rotation axis of the cams;

- una più razionale disposizione dei componenti meccanici ausiliari (meccanismi di distribuzione); - a more rational arrangement of the auxiliary mechanical components (distribution mechanisms);

- una sostanzialmente flessibile definizione del legame tra moto rotatorio e moto rettilineo, con conseguenti spazi di ottimizzazione: - a substantially flexible definition of the link between rotary motion and rectilinear motion, with consequent optimization spaces:

a) dei cicli di aspirazione, espansione e compressione; a) the cycles of aspiration, expansion and compression;

b) dei rapporti alesaggio/corsa; b) the bore / stroke ratios;

c) delle accelerazioni dei pistoni durante il loro funzionamento; c) the accelerations of the pistons during their operation;

- una sostanzialmente assoluta modularità, che consenta un facile accoppiamento di più unità simili ed indipendenti, per espandere le prestazioni di potenza, portata , ecc. Tutto ciò con l’obbiettivo di ridurre il costo di ogni unità legato a grandi volumi produttivi. - a substantially absolute modularity, which allows an easy coupling of several similar and independent units, to expand the performance of power, flow rate, etc. All this with the aim of reducing the cost of each unit linked to large production volumes.

Campo di apphcazione del cinematico a un motore a combustione interna Per quanto riguarda tale applicazione, la eliminazione del dispositivo biella-manovella consente di raggiungere una sostanziale compattezza dell’assieme, riducendosi il motore praticamente a uno sviluppo di forma cilindrica (Fig.21), in cui l’asse di rotazione dell’albero motore coincide con l’asse dei pistoni 32, vincolati alle estremità del cursore 28. Field of application of the kinematic to an internal combustion engine As regards this application, the elimination of the connecting rod-crank device allows to achieve a substantial compactness of the assembly, reducing the engine practically to a cylindrical development (Fig. 21), in which the axis of rotation of the crankshaft coincides with the axis of the pistons 32, constrained to the ends of the slider 28.

Quanto al percorso dei gas, l’aria aspirata percorre un tragitto sostanzialmente rettilineo a cominciare dal filtro dell’aria, attraverso il cursore cavo 28, fino alla camera di scoppio, e la inerzia della stessa aria facilita il riempimento del cilindro, dato che nella fase di aspirazione il pistone si muove in senso opposto all’aria, andandole incontro invece di costringerla a seguire il pistone stesso, come avviene nei motori tradizionali. As for the gas path, the intake air travels a substantially straight path starting from the air filter, through the hollow slider 28, up to the combustion chamber, and the inertia of the same air facilitates the filling of the cylinder, since in the Intake phase the piston moves in the opposite direction to the air, going towards it instead of forcing it to follow the piston itself, as happens in traditional engines.

La estremità del cursore, che è opposta alla camera di scoppio, è atta a svolgere la funzione di compressore sfruttando la pressione che normalmente si genera aH’intemo del carter quando il pistone vi scende (Fig.21). The end of the slider, which is opposite to the combustion chamber, is designed to perform the function of a compressor by exploiting the pressure that is normally generated inside the crankcase when the piston descends there (Fig. 21).

Tale pressione viene definita “parassita” in un motore tradizionale a quattro tempi, in quanto si oppone ai movimenti del pistone. Con l’impiego del cinematismo secondo l’invenzione, detta pressione viene trasferita alla zona di aspirazione, a tutto vantaggio delle prestazioni, senza l’ausilio di dispositivi accessori (turbine, ecc.). This pressure is called “parasitic” in a traditional four-stroke engine, as it opposes the movements of the piston. With the use of the kinematics according to the invention, said pressure is transferred to the suction area, to the benefit of performance, without the aid of accessory devices (turbines, etc.).

Per quanto riguarda la disposizione dei componenti meccanici ausiliari, i controlli della distribuzione possono risultare alloggiati all’interno della struttura cilindrica di base, con la conseguente possibilità di eliminare la sostanzialmente complessa ed ingombrante disposizione tipica del motore tradizionale. As regards the arrangement of the auxiliary mechanical components, the distribution controls can be housed within the basic cylindrical structure, with the consequent possibility of eliminating the substantially complex and bulky arrangement typical of the traditional engine.

La struttura cilindrica, con le sue parti in rotazione coassiale, consente la individuazione di un sistema statore (sul blocco motore-cilindro 33-34) e rotore (sulle camme esterne 1,2), con conseguente facilità di integrazione del motore combustione interna con un una macchina elettrica (generatore, motore di avviamento, ecc.). The cylindrical structure, with its parts in coaxial rotation, allows the identification of a stator system (on the engine-cylinder block 33-34) and rotor (on the external cams 1,2), with consequent ease of integration of the internal combustion engine with an electric machine (generator, starter motor, etc.).

Si può inoltre definire, in modo sostanzialmente corretto, la legge di discesa del pistone durante la fase di combustione, ottimizzando la stessa al fine di aumentare il rendimento e di diminuire le emissioni inquinanti. It is also possible to define, in a substantially correct way, the law of descent of the piston during the combustion phase, optimizing it in order to increase efficiency and reduce polluting emissions.

Questo in virtù del fatto che la corsa dei pistoni viene determinata dal dislivello tra creste e valli dei profili delle camme, mentre il braccio di leva che genera la coppia motrice viene determinato solo dal diametro medio D delle camme stesse. This is due to the fact that the stroke of the pistons is determined by the difference in height between the ridges and valleys of the cam profiles, while the lever arm that generates the driving torque is determined only by the average diameter D of the cams themselves.

E’ questo uno dei punti di forza del cinematismo, che mette a disposizione di chi progetta un motore, una terza variabile (diametro delle camme), indipendente da quelle canoniche (alesaggio e corsa). Si amplia così la possibilità di ricerca del miglior rendimento . This is one of the strengths of the kinematics, which provides engine designers with a third variable (diameter of the cams), independent of the canonical ones (bore and stroke). In this way, the possibility of searching for the best performance is extended.

Si consideri inoltre l’efficienza di un cinematismo, che riceve la spinta lineare del pistone 32 su due punti diametralmente opposti di ogni camma; quindi trasforma la spinta stessa in coppia, senza disperderla sul fulcro della rotazione, come avviene in un motore di tipo tradizionale con albero a gomiti. Consider also the efficiency of a kinematic mechanism, which receives the linear thrust of the piston 32 on two diametrically opposite points of each cam; then it transforms the thrust itself into torque, without dispersing it on the fulcrum of the rotation, as happens in a traditional type engine with crankshaft.

La presenza dei tratti piani nei profili delle camme 1 ,2,3,4, in corrispondenza dei punti morti superiore ed inferiore, assicura la possibilità di ritardare Γ inizio di ogni fase per ottimizzare la fase precedente. The presence of the flat sections in the profiles of the cams 1, 2,3,4, in correspondence with the upper and lower dead points, ensures the possibility of delaying the start of each phase to optimize the previous phase.

Alla fine della corsa di aspirazione, il pistone 32 “attende” con le valvole aperte, che l’aria in ingresso abbia saturato il volume del cilindro. Dopo la accensione, il pistone 32 “ritarda” l’inizio della fase di espansione, finché, nella camera di scoppio, si sia generata la pressione ideale, anche con anticipo di accensione pari a 0°. At the end of the intake stroke, the piston 32 "waits" with the valves open, for the incoming air to have saturated the volume of the cylinder. After ignition, the piston 32 "delays" the start of the expansion phase, until the ideal pressure is generated in the combustion chamber, even with ignition advance equal to 0 °.

Prima dell’ apertura delle valvole di scarico, il pistone 32, rimanendo fermo, la completa ossidazione degli idrocarburi, abbattendo alla fonte le emissioni inquinanti, al contrario di quanto accade in un motore tradizionale, in cui la fase di scarico inizia in un momento in cui in camera di scoppio possono essere ancora presenti idrocarburi incombusti. Before the opening of the exhaust valves, the piston 32, remaining stationary, the complete oxidation of the hydrocarbons, reducing the polluting emissions at the source, as opposed to what happens in a traditional engine, in which the exhaust phase begins in a moment in where unburnt hydrocarbons may still be present in the combustion chamber.

La applicazione del cinematismo secondo l’invenzione consente, tra l’altro, di alloggiare, nello stesso cilindro, due pistoni 32 contrapposti , in modo da formare un’unica camera di scoppio (Figg.22,23). The application of the kinematics according to the invention allows, among other things, to house, in the same cylinder, two opposing pistons 32, so as to form a single combustion chamber (Figs. 22,23).

Si realizza così una sostanziale semplificazione, rispetto all 'utilizzo di due alberi a gomito di un motore tradizionale. A substantial simplification is thus achieved, compared to the use of two crankshafts of a traditional engine.

Campo di applicazione del cinematico a un compressore o a una pompa Field of application of the kinematic to a compressor or pump

Si deve sottolineare che gli aspetti positivi già citati nella trattazione dell’impiego del cinematismo nei motori a combustione interna, sono destinati a riflettersi anche nell’impiego del cinematismo per controllare i pistoni di un compressore o di una qualsiasi pompa per fluidi. It must be emphasized that the positive aspects already mentioned in the discussion of the use of the kinematics in internal combustion engines are also intended to be reflected in the use of the kinematics to control the pistons of a compressor or any pump for fluids.

Il cinematismo di cui all’invenzione, infatti, nel momento in cui traduca un movimento rotatorio in un movimento rettilineo alternativo, consente una sostanzialmente assoluta unidirezionalità del fluido trattato (sia che si tratti di aria e carburante, oppure acqua, o anche fluidi di qualsiasi natura), cioè la proprietà di movimentare il fluido senza mai imporgli di variare la sua direzione. The kinematics of the invention, in fact, when it translates a rotary movement into an alternative rectilinear movement, allows a substantially absolute unidirectionality of the treated fluid (whether it is air and fuel, or water, or even fluids of any nature), that is the property of moving the fluid without ever requiring it to change its direction.

Ciò consente sostanziali vantaggi in termini di rapporto tra lavoro prodotto ed energia assorbita rispetto alle soluzioni tradizionali. This allows substantial advantages in terms of the ratio between work produced and energy absorbed compared to traditional solutions.

Infatti, l’inerzia del fluido trattato viene sfruttata anziché contrastata, evitando così una notevole dispersione di energia. Questo vantaggio viene ottenuto grazie al cursore 28, che funge da condotto di aspirazione, come già spiegato nella trattazione dei motori a combustione interna. In fact, the inertia of the treated fluid is exploited rather than countered, thus avoiding a significant dispersion of energy. This advantage is obtained thanks to the slider 28, which acts as an intake duct, as already explained in the discussion of internal combustion engines.

Nel caso in cui non appaia necessario privilegiare la velocità del fluido all’ interno di ima pompa, ma si ricerchi invece una soluzione atta a privilegiarne la portata, il cinematismo di cui all’invenzione può essere configurato come in Fig.24. In the event that it does not appear necessary to privilege the speed of the fluid inside a pump, but instead a solution is sought to favor its flow rate, the kinematics of the invention can be configured as in Fig. 24.

Detta figura rappresenta il cinematismo provvisto di due cursori 28, anziché di un solo cursore, in corrispondenza di quattro diverse posizioni angolari sfasate ciascuna di 45°. Said figure represents the kinematic mechanism provided with two cursors 28, instead of a single cursor, in correspondence with four different angular positions each offset by 45 °.

Risulta evidente che detta configurazione moltiplica i vantaggi offerti dall’impiego del cinematismo secondo l’invenzione nei confronti dell’albero a gomiti, nel momento in cui si passa dall’impiego di uno all’impiego di due cursori. It is evident that this configuration multiplies the advantages offered by the use of the kinematics according to the invention with respect to the crankshaft, when passing from the use of one to the use of two sliders.

Tale configurazione risulta pertanto sostanzialmente adatta alla realizzazione di pompe e compressori, in cui le camme 1,2, 3, 4 siano dotate di avvolgimenti rotorici di un motore elettrico atti ad imprimere la necessaria rotazione alle stesse camme. This configuration is therefore substantially suitable for making pumps and compressors, in which the cams 1,2, 3, 4 are equipped with rotor windings of an electric motor capable of imparting the necessary rotation to the cams themselves.

La stessa configurazione si presta comunque ad essere applicata ai motori a combustione interna con sistema di distribuzione tradizionale a valvole in testa (Fig.25). However, the same configuration can be applied to internal combustion engines with traditional overhead valve distribution system (Fig. 25).

Claims

RI V EN D I C AZI ON I 1. Kinematic chain suitable for translating the alternating rectilinear movement of a slider into rotary motion of a shaft or vice versa, characterized by at least two rotating bodies (1,2) and (3,4), each of said rotating bodies being provided with profiles corrugated (6,7,8) for the control of at least one slider (28), transmission means (10,11,12,13, 16,17,18,19,21,22)) being provided for the transmission of a rotary motion to a shaft (14).

2. Kinematic chain as in claim 1, characterized by at least two pins (29), said pins being integral with the slider (28) and being controlled by the profiles (6,7,8) of the rotating bodies (1,2) and (3, 4) in order to transmit the motion from the slider (28) to the rotating bodies (1,2), (3,4) and vice versa.

3. Kinematic chain as in 1,2, characterized by the fact that the translation axis (X) of the cursor (28) is substantially coincident with the rotation axis of the rotating bodies (1,2) and (3,4) , with consequent optimal occupation of volumes, dimensions and shape of the kinematic chain and with the advantage that the excursion of the slider (28) is determined by the difference in height in the wavy profiles (6,7,8) of the rotating bodies (1,2) and (3 , 4), while the lever arm that determines the torque produced or absorbed is determined only by the average diameter (D) of the rotating bodies (1,2) and (3,4).

4. Kinematic chain as in 1,2,3, characterized by what its field of application is capable of being extended to an internal combustion or compressed gas engine.

5. Kinematic chain as in 1,2,3, characterized by what its field of application is capable of being extended to a compressor or a pump.

6. Kinematic chain as described on pages 5-12, depicted in Figs.1 to 25 and claimed in claims 1-5.