BR102014008372B1 - Cabeça de cilindro para um motor de combustão interna com dutos de admissão tendo uma projeção defletora de ar - Google Patents
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Abstract
cabeça de cilindro para um motor de combustão interna com dutos de admissão tendo uma projeção defletora de ar. uma cabeça de cilindro para um motor de combustão interna compreende, para cada cilindro do motor, pelo menos um duto de admissão (2) se estendendo de uma entrada localizada em uma face lateral (3) da cabeça para baixo até uma boca cilíndrica de saída (5) abrindo para uma face inferior (4) da cabeça e uma válvula de admissão (8) associada com cada duto de admissão (2). a boca cilíndrica de saída (5) é coaxial com a haste de válvula (10). a superfície do duto de admissão (2) tem uma projeção (13) longitudinal para desviar o fluxo de ar que flui através do duto de admissão (2). a projeção (13) é configurada para prover uma deflexão do fluxo de ar em direção dos dois lados da haste de válvula (10), de modo a substancialmente reduzir a quantidade de ar que atinge a haste de válvula (10) diretamente. a projeção (13) se estende para baixo até a boca cilíndrica de saída (5), de modo a impedir um fluxo de ar através de um setor angular (14) da área de seção transversal da boca de saída (5) cujo setor angular (14) se volta em direção à face lateral (3) da cabeça de cilindro.
Description
[0001] A presente invenção se refere a uma cabeça de cilindro para um motor de combustão interna, do tipo compreendendo, para cada cilindro do motor:
[0002] - pelo menos um duto de admissão definido por uma cavidade que se estende através do corpo da cabeça a partir de uma entrada localizada em uma face lateral da cabeça, para baixo, até uma boca cilíndrica de saída abrindo em uma face inferior da cabeça,
[0003] - uma válvula de admissão associada com cada dito de admissão e incluindo uma haste de válvula e uma cabeça de válvula cooperando com um assento de válvula definido na dita boca cilíndrica de saída, a dita boca cilíndrica de saída sendo coaxial com a dita haste de válvula,
[0004] - em que a superfície do dito duto de admissão tem uma projeção que é longitudinalmente alongada em uma direção substancialmente paralela ao eixo do duto, para desviar o fluxo de ar que flui através do duto de admissão, criando assim um campo desejado de movimento do fluxo de ar no cilindro do motor,
[0005] - em que a dita projeção defletora de ar é formada em um lado da superfície do duto de admissão que é mais próximo da face inferior da cabeça de cilindro,
[0006] - em que a dita projeção defletora de ar possui um plano de simetria contendo o eixo da haste de válvula e possui uma primeira extremidade voltada em direção à entrada do duto de admissão e uma segunda extremidade voltada em direção à boca de saída do duto de admissão.
[0007] Uma cabeça de cilindro do tipo acima referido é, por exemplo, descrita e ilustrada em US 4.159.011. Entretanto, nesta solução conhecida, a projeção defletora de ar está localizada em uma posição espaçada da boca de saída do duto de admissão, de modo a formar uma área de baixa pressão na superfície a jusante da projeção, que mantém o fluxo de ar aderente a essa superfície. O documento US 3.273.551 descreve uma projeção que está próxima à boca de saída, mas é configurada com um perfil curvado que novamente tem o propósito de guiar o fluxo de ar e mantê-lo aderente ao mesmo. A disposição de uma projeção defletora de ar em uma posição espaçada separada da boca de saída do duto de indução, é também conhecida em FR 2.923.268 A1.
[0008] O objetivo da presente invenção é prover uma cabeça de cilindro do tipo descrito acima que aperfeiçoa as características do fluxo de ar entrando no cilindro do motor ambos do ponto de vista da quantidade de ar que é introduzida dentro do cilindro e do ponto de vista de um movimento ótimo do ar dentro do cilindro, de forma a aumentar significativamente a eficiência de combustão.
[0009] Tendo em vista alcançar o objetivo acima, o objeto da invenção é uma cabeça de cilindro para um motor de combustão interna com todas as características mencionadas no início da presente descrição e adicionalmente caracterizada por:
[0010] - a dita projeção defletora de ar ser configurada para prover uma deflexão do fluxo de ar em direção aos dois lados da haste de válvula, de modo reduzir a quantidade de ar que atinge a haste de válvula diretamente, e
[0011] - a dita projeção defletora de ar se estende até a dita boca cilíndrica de saída e é configurada de tal modo que a dita projeção defletora de ar impede um fluxo de ar através de um setor angular da área de seção transversal da dita boca de saída que se volta em direção à dita face lateral da cabeça de cilindro.
[0012] Graças às características citadas, a projeção defletora de ar, de acordo com a invenção provê um aumento na quantidade de ar que entra no cilindro, uma redução, se não uma eliminação total, de perturbações no fluxo de ar devido a uma interferência direta do fluxo de ar com a haste de válvula, e um aumento do movimento de carga do ar dentro do cilindro, devido a maior parte do fluxo de ar entrando no cilindro proceder ao longo da direção derivando da orientação do duto de admissão com relação ao cilindro (cuja orientação é selecionada a fim de impor um movimento de carga desejado do fluxo de ar dentro do cilindro).
[0013] De acordo com uma característica adicional preferencial da presente invenção, a fim de reduzir a mencionada redução da quantidade de ar que atinge a haste de válvula diretamente, a razão entre a largura da seção transversal da dita projeção defletora de ar e o diâmetro da haste de válvula está entre 0,8 e 1,2, de modo que a haste de válvula fica na sombra da projeção defletora de ar com relação ao fluxo de ar através do duto de admissão.
[0014] Também preferivelmente, na dita segunda extremidade da mesma, a projeção defletora de ar possui uma face frontal disposta substancialmente nivelada com, e ao longo de uma extensão de, uma porção da superfície da boca cilíndrica de saída, de modo a adicionalmente reduzir o fluxo de ar através do dito setor angular da área de seção transversal da boca de saída. Na modalidade prática, e de acordo com uma técnica convencional, a superfície da boca de saída é definida pela superfície interna de um anel preso dentro de uma cavidade da superfície inferior da cabeça de cilindro.
[0015] A cabeça de cilindro da invenção foi desenvolvida em particular para um motor a diesel, mas sua aplicação a um motor a gasolina não é excluída.
[0016] Características e vantagens adicionais da invenção surgirão a partir da descrição que se segue tendo como referência os desenhos em anexo, que são fornecidos a título puramente de exemplo não limitativo e em que:
[0017] A Figura 1 é uma vista parcial e transversal, de acordo com a linha I-I da Figura 3 de uma modalidade preferencial de uma cabeça de cilindro, de acordo com a invenção;
[0018] A Figura 2 é uma vista transversal parcial da cabeça do cilindro da Figura 1, de acordo com a linha II-II da Figura 3;
[0019] A Figura 3 é uma vista transversal de acordo com a linha III-III da Figura 2, e
[0020] A Figura 4 é uma vista transversal ao longo da linha IV-IV da Figura 2.
[0021] Nos desenhos, o número de referência 1 designa o corpo de metal de uma cabeça de cilindro de um motor de combustão interna, , o qual no exemplo específico ilustrado é um motor a diesel. Conforme indicado, a invenção é entretanto aplicável também a motores a gasolina. Os desenhos mostram apenas uma parte da cabeça do cilindro, na qual é fornecido um duto de admissão 2, associado a um dos cilindros do motor. O duto de admissão 2 é definido por uma cavidade formada dentro da cabeça 1. Esta cavidade estende-se de uma face lateral 3 da cabeça 1 à qual a tubulação de entrada do motor (não ilustrada) é para ser associada. A cavidade definindo o duto 2 estende-se até uma boca cilíndrica de saída 5 abrindo na face inferior 4 da cabeça, que é para ser montada no bloco do motor (não ilustrado), onde os cilindros de motor são formados (o perfil C de um cilindro para o qual o duto de admissão 2 está associado, é ilustrado na Figura 3). Conforme mostrado, no exemplo ilustrado, o dito duto de admissão possui uma orientação substancialmente tangencial com relação ao cilindro associado, de modo a impor um movimento de redemoinho ao ar introduzido dentro do cilindro. Entretanto, a invenção é também aplicável a dutos de admissão de um motor a gasolina, onde os dutos são configurados para favorecer um movimento rotacional.
[0022] Com o duto de admissão 2 é associada uma válvula de admissão 8 possuindo uma cabeça 9 e uma haste 10 montada de forma deslizante dentro de um guia 11 (Figura 2) fixada dentro de uma cavidade 12 da cabeça 1. A boca de saída 5 possui uma superfície cilíndrica coaxial com a haste de válvula 10. Na modalidade prática ilustrada, a boca de saída 5 é definida pela superfície interna de um anel 6 preso dentro de uma cavidade formada na superfície inferior da cabeça de cilindro, este anel definindo um assento de válvula 7 cooperando com a cabeça 9 de válvula 8. Os detalhes a respeito do sistema para controlar a válvula 8 não são ilustrados neste documento, na medida em que este sistema de controle pode ser de qualquer tipo e não se encaixa, em si, no âmbito da presente invenção.
[0023] A superfície da cavidade definindo o duto de admissão 2 tem, em seu lado mais próximo à superfície inferior 4 da cabeça do cilindro 1, uma projeção defletora de ar 13, alongada longitudinalmente em uma direção substancialmente paralela ao eixo 2A do duto de admissão 2, esta projeção sendo configurada para desviar o fluxo de ar através do duto de admissão de modo a prover um movimento desejado do fluxo de ar dentro do cilindro de motor.
[0024] A projeção 13 possui um plano de simetria contendo o eixo da haste de válvula 10 (figura 3) e possui uma primeira extremidade voltada em direção à entrada do duto de admissão e uma segunda extremidade voltada em direção à boca de saída 5 do duto de admissão 2.
[0025] Além disso, a projeção 13 é configurada para prover uma deflexão do fluxo de ar para ambos os lados da haste de válvula 10, de modo a reduzir dramaticamente a quantidade de ar que atinge a haste de válvula 10 diretamente.
[0026] Preferivelmente, a fim de alcançar o melhor resultado deste ponto de vista, a largura W (figura 3) da seção transversal da dita projeção defletora de ar 13 é selecionada entre 0,8 e 1,2 vezes o diâmetro da haste de válvula 10, de modo que a haste de válvula fica na “sombra” da projeção defletora de ar 13, com relação ao fluxo de ar através o duto de admissão 2.
[0027] De acordo com uma característica adicional importante da presente invenção, a projeção defletora de ar 13 se estende até a dita boca cilíndrica de saída 5, de modo que a dita projeção defletora de ar impede o fluxo de ar através de um setor angular 14 da área de seção transversal da dita boca de saída 5, o setor 14 voltado em direção da dita superfície lateral 3 da cabeça de cilindro. O setor angular 14 (ver figura 4) é definido como um setor de 90° da área de seção transversal da boca de saída 5 que se volta em direção da superfície lateral 3 (ver figura 4) e é disposto simetricamente com relação ao mencionado plano de simetria da projeção 13 (figura 3).
[0028] A redução para um mínimo da quantidade de ar fluindo através do setor 14, passando do duto de admissão 2 para o cilindro de motor, garante que a maior parte do fluxo de ar entre no cilindro passando através da parte restante da área de seção transversal da boca de saída 5, procedendo ao longo da direção da seta F na figura 2. Isto provê melhores resultados do ponto de vista da quantidade de ar entrando dentro do cilindro e do movimento de carga.
[0029] Na modalidade preferida, em sua extremidade voltada em direção à boca 5, a projeção defletora de ar 13 possui uma face frontal 13C que é disposta substancialmente nivelada com, e ao longo da extensão de uma porção da superfície da boca cilíndrica 5 (ver figuras 1 a 3), de modo que o perfil de sua face frontal 13C define uma extensão vertical (com relação aos desenhos) do perfil da superfície da boca de saída 5. Desta maneira, a quantidade de ar fluindo através do setor angular 14 da área de seção transversal da boca de saída 5 (figura 4) é reduzida para um mínimo.
[0030] As dimensões e a forma da projeção defletora 13 podem variar amplamente de acordo com as exigências de cada aplicação específica. Os desenhos anexos mostram, a título de exemplo, uma modalidade preferencial na qual a projeção defletora 13 tem uma altura que aumenta progressivamente a partir de suas extremidades opostas em direção a uma área 130, intermediária entre as extremidades, onde a projeção defletora 13 define uma seção restrita para passagem do ar.
[0031] No caso do exemplo ilustrado, a projeção defletora 13 tem duas superfícies laterais superfícies 13A (figuras 1 e 3) e uma superfície superior, incluindo uma porção de superfície inclinada 13B que se estende desde o final da projeção 13 voltada em direção à face lateral 3 da cabeça (onde a projeção tem zero de altura) na medida em que a área intermediária 130, onde a projeção 13 tem uma altura máxima. A superfície superior da projeção 13 se estende para frente para dentro da mencionada face frontal 13C disposta nivelada com, e ao longo de uma extensão de uma porção da superfície da boca cilíndrica 5.
[0032] De preferência, a altura máxima da projeção defletora 13 é menor do que ou igual à metade do diâmetro da cabeça 9 de válvula 8.
[0033] Naturalmente, sem prejuízo do princípio da invenção, os detalhes da construção e as modalidades podem variar amplamente no que diz respeito ao que é descrito e ilustrado neste documento meramente a título de exemplo, sem assim, partir do âmbito da presente invenção. Em particular, como já mencionado acima, a forma e dimensões da projeção 13 podem variar amplamente no que diz respeito ao exemplo ilustrado de acordo com os requisitos das aplicações específicas.
Claims (5)
1. Cabeça de cilindro para um motor de combustão interna, compreendendo, para cada cilindro do motor: - pelo menos um duto de admissão (2) definido por uma cavidade estendendo-se através do corpo (1) da cabeça, a partir de uma entrada localizada em uma face lateral (3) da cabeça para baixo para uma boca cilíndrica de saída (5) abrindo em uma face inferior (4) da cabeça, - uma válvula de admissão (8) associada com cada duto de admissão (2) e incluindo uma haste de válvula (10) e uma cabeça de válvula (9) cooperando com um assento de válvula (7) definido na dita boca cilíndrica de saída (5) sendo coaxial com a dita haste de válvula (10), em que a superfície do dito duto de admissão (2) tem uma projeção (13) que é alongada longitudinalmente em uma direção substancialmente paralela ao eixo (2A) do duto de admissão (2), para desviar o fluxo de ar que flui através do duto de admissão (2), criando assim um campo desejado de movimento do fluxo de ar no cilindro do motor, em que a dita projeção defletora de ar (13) é formada no lado da superfície do duto de admissão (2) que está mais perto da face inferior (4) da cabeça do cilindro, em que a dita projeção defletora de ar (13) tem um plano de simetria contendo o eixo da haste de válvula (10) e possui uma primeira extremidade voltada em direção à entrada do duto de admissão (2) e uma segunda extremidade voltada em direção à boca de saída (5) do dito duto de admissão (2), a cabeça de cilindro caracterizada pelo fato de que: - a dita projeção defletora de ar (13) é configurada para prover uma deflexão do fluxo de ar em direção aos dois lados da haste de válvula (10), de modo a reduzir a quantidade de ar que atinge a haste de válvula (10) diretamente, - a dita projeção defletora de ar (13) se estende para baixo até a dita boca cilíndrica de saída (5) e é configurada de tal modo que a dita projeção defletora de ar (13) impede um fluxo de ar através de um setor angular (14) da área de seção transversal da dita boca de saída (5) cujo setor angular (14) se volta em direção à face lateral (3) da cabeça de cilindro, a razão entre a largura (W) da seção transversal da dita projeção defletora de ar (13) e o diâmetro da haste de válvula (10) está entre 0,8 e 1,2, de modo que a haste de válvula (10) fica na sombra da projeção defletora de ar (13) com relação ao fluxo de ar através do duto de admissão (2), e - na dita segunda extremidade, a projeção defletora de ar (13) possui uma face frontal (13C) disposta substancialmente nivelada com, e ao longo de uma extensão de, uma porção da superfície da boca cilídrica de saída (5).
2. Cabeça de cilindro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a superfície da boca de saída é definida pela superfície interna de um anel (6) preso dentro de uma cavidade da superfície inferior (4) da cabeça de cilindro.
3. Cabeça de cilindro, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a referida projeção defletora de ar (13) tem uma altura que aumenta progressivamente a partir de suas extremidades opostas em direção a uma área intermediária (130) entre as ditas extremidades.
4. Cabeça de cilindro, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a dita projeção defletora (13) compreende duas superfícies laterais (13A) e uma superfície superior com uma seção transversal possuindo um perfil arredondado, incluindo: - uma primeira porção de superfície inclinada (13B) entre a primeira extremidade da projeção defletora (13) e a referida área de altura máxima (130), e - uma segunda porção de superfície definido a dita face frontal localizada nivelada com, e ao longo de uma extensão de, uma porção da superfície da boca de saída (5).
5. Cabeça de cilindro, de acordo comqualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a altura máxima da referida projeção defletora de ar (13) é menor ou igual à metade do diâmetro da cabeça da válvula de admissão (8) associada ao dito duto de admissão (2).
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