BR102014016685B1

BR102014016685B1 - Bronzina e motor a combustão interna

Info

Publication number: BR102014016685B1
Application number: BR102014016685-8A
Authority: BR
Inventors: Ednaldo Laube Silva
Original assignee: Mahle Metal Leve S.A.; Mahle International Gmbh
Priority date: 2014-07-04
Filing date: 2014-07-04
Publication date: 2022-03-03
Also published as: US20170138393A1; WO2016001021A1; BR102014016685A2; CN106460919A; EP3164612B1; US10267353B2; CN106460919B; EP3164612A1; JP2017522520A; CN106460919A8

Abstract

BRONZINA E MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA. A invenção se refere, de maneira geral, a bronzinas e, mais especificamente, a invenção está relacionada a bronzinas para uso, particularmente, em motores a combustão interna de alta performance. De acordo com um a realização da invenção, a bronzina (10) compreende uma construção bipartida e tendo uma superfície de apoio (11) e uma superfície de deslizamento (12), caracterizada pelo fato de que a dita superfície de deslizamento compreende um perfil convexo tomado em relação à seção transversal da dita bronzina, e pelo fato de que o dito perfil convexo está em posição deslocada em relação ao ponto perimetral médio (P) da superfície de apoio.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere, de maneira geral, a bronzinas e, mais especificamente, a invenção está relacionada a bronzinas para uso, particularmente, em motores a combustão interna de alta performance.

DEFINIÇÕES

[002] No presente relatório descritivo, o termo “bronzina” refere- se a uma bucha ou casquilho que é empregada na conexão entre a biela e o virabrequim de um motor a combustão interna e/ou o pistão e a biela e/ou em qualquer mancal de um motor a combustão interna, e pode ser realizada em materiais diversos, incluindo buchas bi- e trimetálicas. Os termos “bronzina”, “casquilho”, “capa” e “bucha” podem ser interpretados indistintamente no presente relatório descritivo.

[003] Ademais, de acordo com o presente relatório descritivo, o termo “alta performance”, quando associado a motores de combustão interna, deve ser entendido como um motor a combustão interna em que a bronzina esteja sujeita a uma pressão maior ou igual a 50 MPa em pelo menos algum ponto de sua superfície interna ou externa.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[004] Motores a combustão interna, tais como os motores que empregam os conhecidos ciclos Otto ou Diesel, são ampla e comumente utilizados em veículos destinados à mobilidade tanto de pessoas como de bens, tais como veículos de passeio, de transporte e de cargas, incluindo caminhões e locomotivas. Em síntese, estes motores utilizam um combustível contendo alto teor de hidrocarbonetos, como combustíveis fósseis ou oriundos de fontes renováveis, para transformar a energia térmica da queima em energia cinética.

[005] Existe hoje uma preocupação crescente com a diminuição das emissões produzidas pelos motores a combustão interna, que são responsáveis por grande parte da liberação de CO2 na atmosfera. A mudança climática é um dos mais relevantes desafios ambientais da atualidade, com consequências possivelmente graves. Este problema vem sendo causado pela intensificação do efeito estufa, que, por sua vez, está relacionado ao aumento da concentração na atmosfera de gases geradores de efeito estufa (GEE), dentre eles o dióxido de carbono.

[006] Nos últimos anos, a fim de minimizar a emissão de gases nocivos ao ambiente, como o monóxido de carbono (CO), gases hidrocarbonetos (HC), o óxidos de nitrogênio (NOx), bem como de materiais particulados e/ou outros GEEs, uma série de tecnologias foi incorporada aos motores a combustão interna. A redução de emissões de gases está relacionada, dentre outros fatores, ao aumento do rendimento térmico do motor e, consequentemente, a redução do consumo específico de combustível.

[007] Nesse sentido, tecnologias como a injeção eletrônica, o catalisador, filtros de materiais particulados são, hoje em dia, bastante difundidas e empregadas quase que obrigatoriamente em todos os motores a combustão interna. Outras tecnologias mais recentes, como a injeção direta de combustível, o common-rail para motores que utilizam o ciclo Diesel, e a utilização em maior escala de tecnologias há muito conhecidas, como compressores mecânicos ou turbocompressores, também estão sendo associadas a fim de aumentar a eficiência energética e atender normas de emissões cada vez mais rígidas.

[008] Como consequência, os motores a combustão estão desenvolvendo uma maior potência por volume de deslocamento do pistão no cilindro, comumente denominada de potência específica. O rendimento de um motor a combustão no ciclo Otto na década de 1980 chegava, em média, a 50 CV/L, e hoje facilmente pode atingir mais de 100 CV/L. Isso significa que a pressão de combustão no interior dos cilindros aumentou consideravelmente, o que também significa que os motores a combustão estão trabalhando sob maiores esforços mecânicos, maior rotação, e temperatura mais elevada. Dessa forma, seus componentes devem ser igualmente dimensionados para suportar estas condições operacionais mais severas, a fim de garantir tanto a confiabilidade do conjunto como manter a vida útil esperada, hoje estimada em cerca de 300.000 km para motores do ciclo Otto de carros de passeio.

[009] Um dos componentes que está mais sujeito aos esforços gerados pelos motores a combustão são as bronzinas, utilizadas tanto em mancais, tais como os mancais do virabrequim e do eixo comando de válvulas etc., como na biela, e têm a função de servir tanto de apoio como reduzir o atrito e geralmente apresentam uma construção bipartida, ou seja, são formadas por duas peças semicirculares que são montadas de forma sobreposta no perímetro do mancal ou do olhal da biela. As bronzinas geralmente são realizadas em um material de menor dureza, a fim de reduzir o atrito entre estes componentes giratórios, além de possuírem a função de permitir uma fácil montagem, suportar desalinhamentos de montagem e acomodar partículas, como bem conhecido pelos técnicos no assunto.

[010] No entanto, conforme mencionado acima, as condições de operação dos motores de combustão interna estão se tornando cada vez mais severas, e as bronzinas, que suportam a pressão exercida pela biela e/ou pelo eixo montado no mancal, estão sujeitas a um maior desgaste. Este desgaste é geralmente mais acentuado nas regiões mais próximas às extremidades laterais da bronzina, devido à menor distribuição de óleo nessas regiões. Nesse sentido, as bronzinas geralmente apresentam um orifício realizado em sua porção central para permitir um fluxo de óleo.

[011] O desgaste da bronzina é um efeito indesejado, já que pode levar a folgas que comprometem a performance do motor, além de vazamentos e/ou consumo de óleo.

[012] A presente invenção visa contornar estes inconvenientes, dentre outros.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[013] Portanto, é um primeiro objetivo da invenção prover uma bronzina que seja adequada a suportar condições de operação de alta performance de um motor a combustão interna.

[014] Um objetivo adicional da presente invenção é prover uma bronzina que apresente uma maior resistência ao desgaste em relação às bronzinas do estado da técnica.

[015] Ainda outro objetivo da invenção é prover uma bronzina que apresente uma melhor distribuição do filme de óleo quando em operação, quando comparada com as bronzinas do estado da técnica.

[016] A fim de atender os objetivos acima mencionados, dentre outros, a invenção trata de uma bronzina, particularmente destinada à aplicação em um motor a combustão interna, que compreende uma construção bipartida e tendo uma superfície de apoio e uma superfície de deslizamento, em que a dita superfície de deslizamento compreende um perfil convexo tomado em relação à seção transversal da dita bronzina, e em que o dito perfil convexo está em posição deslocada em relação ao ponto perimetral médio da superfície de apoio.

[017] De acordo com realizações adicionais e/ou alternativas da presente invenção, as seguintes características, sós ou em combinações tecnicamente possíveis, também podem estar presentes: - dita bronzina é uma bronzina bimetálica; - dita bronzina é uma bronzina trimetálica; - dito perfil convexo compreende uma forma de arco tomada em relação à seção transversal da bronzina; - dito perfil convexo compreende uma forma trapezoidal tomada em relação à seção transversal da bronzina; - dita posição deslocada em relação ao ponto perimetral médio da superfície de apoio está compreendida em um ângulo entre 10° e 25°, particularmente entre 14° e 18° e, mais particularmente ainda, cerca de 16°; - dita posição deslocada em relação ao ponto perimetral médio da superfície de apoio está compreendida em um ângulo entre 25° e 55°, particularmente entre 30°e 50° e, mais particularmente ainda, entre 35° e 45°; - dito perfil compreende uma altura compreendida entre 2 e 20 μm, particularmente entre 3 e 15 μm e, mais particularmente ainda, cerca de 10 μm; - dito perfil compreende um comprimento angular de 0 a 90°, mais particularmente entre 20° e 70° e, mais particularmente ainda, cerca de 60°.

[018] A presente invenção trata também de um motor a combustão interna que compreende, dentre outros elementos típicos de um motor a combustão interna, pelo menos um mancal e uma biela, em que o motor a combustão interna compreende adicionalmente pelo menos uma bronzina de acordo com a invenção.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[019] Os objetivos, vantagens, efeitos, melhorias técnicas e funcionais da presente invenção serão mais bem compreendidas a partir da leitura de sua descrição de uma realização particular, feita a seguir com relação às figuras anexas. Tais figuras são esquemáticas, e suas dimensões e proporções podem não corresponder à realidade, uma vez que visam apenas a descrever e ilustrar a invenção de forma exemplificativa, e não impõem quaisquer limitações além daquelas definidas pelas reivindicações mais adiante, em que:

[020] A figura 1 é uma representação esquemática em perspectiva de uma bronzina bipartida do estado da técnica;

[021] A figura 2 é uma representação esquemática em corte transversal A-A da bronzina da figura 1;

[022] A figura 3 é uma representação esquemática em corte transversal de uma bronzina de acordo com uma realização da invenção, na região onde é aplicado o perfil;

[023] A figura 4 é uma representação esquemática em corte transversal de uma bronzina de acordo com uma realização alternativa da invenção, na região onde é aplicado o perfil;

[024] A figura 5 é uma vista lateral de uma bronzina de acordo com a invenção, que mostra uma região possível de se prever o perfil;

[025] A figura 6 é a mesma vista lateral da figura 5, que mostra um possível comprimento angular do perfil; e

[026] A figura 7 é uma vista superior parcial de uma bronzina da invenção, que mostra uma região possível de se prever o perfil.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[027] A invenção é agora descrita com relação às suas realizações particulares, fazendo-se referência também às figuras anexas. Realizações específicas são descritas em detalhes e mostradas nas figuras, com o entendimento que devem ser consideradas uma exemplificação de seus princípios, e não se destina a limitar a invenção ao que está apenas ilustrado e descrito no presente relatório. Deve-se reconhecer que os diferentes ensinamentos das realizações discutidas a seguir podem ser empregados separadamente ou em qualquer combinação adequada para produzir os mesmos efeitos técnicos.

[028] A bronzina da presente invenção é particularmente destinada a ser usada a motores de combustão interna, porém pode ser empregada em qualquer aplicação que necessite uma bronzina que associe as qualidades de alta resistência ao desgaste e suporte a pressão de altas cargas. Ainda de forma particular, a bronzina da invenção pode ser empregada em uma biela de um motor a combustão interna e/ou em mancais, tais como o mancal do virabrequim, do eixo comando de válvulas etc.

[029] A figura 1 ilustra esquematicamente, em uma vista em perspectiva, uma bronzina 10 do estado da técnica, em uma construção bipartida. Como é de conhecimento dos técnicos no assunto, as bronzinas apresentam uma superfície 11 destinada a ser assentada no mancal ou biela, e uma superfície oposta 12 sobre a qual se apoia a peça rotativa, esta denominada no presente como superfície de deslizamento. A bronzina aqui representada é esquemática, e outros elementos que podem estar associados a uma bronzina, tais como orifícios e canais destinados à passagem de óleo para lubrificação, flanges etc. foram omitidos para fins didáticos.

[030] A figura 2 é uma vista em corte transversal da bronzina da figura 1. As bronzinas para aplicações em motores a combustão interna geralmente consistem de uma capa de aço carbono pelo lado da superfície de apoio 11, revestida em seu diâmetro interno, no lado da superfície de deslizamento 12, com uma liga baseada em Pb e Sn (conhecidas como Babbitts ou Metal Branco), ou uma liga à base de Al associado com Sn em diferentes concentrações, ou ainda uma liga de Cobre contendo diferentes concentrações de Pb. Eventualmente, as bronzinas podem também ser bronzinas trimetálicas, contendo uma camada intermediária. Adicionalmente, a bronzina pode receber também uma camada polimérica, contendo carga ou não, na superfície de deslizamento. O material utilizado para a bronzina não é relevante para fins da presente invenção.

[031] Ainda com relação à figura 2, as bronzinas do estado da técnica apresentam uma superfície de deslizamento 12 plana. O problema relacionado com as bronzinas que apresentam uma superfície de deslizamento plano é que o filme de óleo tende a ter uma menor distribuição nas laterais, gerando um maior desgaste nesta região.

[032] A fim de contornar este problema, a figura 3 revela uma primeira realização da invenção, de uma bronzina representada esquematicamente em corte transversal. Como pode ser observado, a invenção propõe que a bronzina apresente na superfície de deslizamento 12’ um perfil convexo tomado em relação à seção transversal da bronzina, ou seja, um perfil arqueado que, a partir da extremidade lateral da bronzina, tomada em relação à sua seção transversal, desenvolve uma curvatura que atinge o seu máximo em, aproximadamente, na posição mediana, voltando a decrescer continuamente até o lado oposto. O raio de curvatura (R) pode variar, desde que a diferença de altura (h) entre o ponto mais baixo e o mais alto do perfil esteja compreendido entre 2 e 20 μm, particularmente entre 3 e 15 μm e, mais particularmente ainda, cerca de 10 μm.

[033] Naturalmente, o termo “convexo” aqui empregado não necessariamente refere-se a um perfil que apresente uma seção transversal com raio de curvatura (R), mas deve ser interpretado como um perfil que se projeta no sentido radial interno da bronzina, podendo apresentar qualquer formato, tanto em sua seção transversal como longitudinal, desde que o perfil permita que exista uma diferença de altura (h) entre a porção mediana e as laterais da bronzina, tomada ao longo de sua seção transversal.

[034] Nesse sentido, a figura 4 é uma representação esquemática em seção transversal de uma bronzina de acordo com uma realização alternativa da invenção, em que o perfil convexo apresenta uma seção transversal em forma de paralelepípedo, tendo paredes laterais que se projetam angularmente para cima e uma superfície superior plana. Da mesma forma, o ângulo de inclinação (α) das paredes laterais do formato trapezoidal pode variar, desde que seja mantida uma altura (h) entre o ponto mais baixo e o mais alto do perfil compreendida entre 2 e 20 μm, particularmente entre 3 e 15 μm e, mais particularmente ainda, cerca de 10 μm.

[035] Ainda de acordo com as realizações da invenção, o perfil deve preferencialmente estar posicionado na superfície de apoio em posição deslocada em relação ao ponto perimetral médio tomado em relação às extremidades da bronzina. A figura 5 revela uma vista lateral esquemática de uma bronzina, em que o ponto perimetral médio (P) é entendido como o ponto médio do perímetro formado pelas duas extremidades 13, 14 da bronzina, tomadas ao longo do plano longitudinal da mesma. Nesse sentido, no caso de uma bronzina bipartida que apresenta uma construção de semicírculo completo, o ponto perimetral médio seria a 90° em relação a cada uma das extremidades 13, 14.

[036] Isso significa que o perfil não precisa estar situado no ponto perimetral médio (P), mas deslocado angularmente em relação a este. De forma particular, este deslocamento angular (β) pode estar compreendido entre 10° e 25°, particularmente entre 14° e 18° e, mais particularmente ainda, cerca de 16° em relação ao ponto perimetral médio (P), para bronzinas utilizadas em mancais. De forma alternativa, este deslocamento angular (β) pode estar compreendido entre 25° e 55°, particularmente entre 30°e 50° e, mais particularmente ainda, entre 35° e 45° em relação ao ponto perimetal médio (P), para bronzinas utilizadas no olhal maior de bielas.

[037] Verificou-se que o deslocamento do perfil em relação ao ponto perimetral médio (P) é vantajoso, uma vez que permite que o perfil esteja localizado no ponto em que geralmente é exercida a maior pressão sobre a bronzina, de modo que o perfil propicie uma melhor distribuição do filme de óleo sobre a superfície deslizante e, dessa forma, o desgaste seja reduzido ou minimizado. Conforme mencionado acima, verificou-se ainda que o ponto de maior pressão está compreendido entre 10° e 25°, particularmente entre 14° e 18° e, mais particularmente ainda, cerca de 16° em relação ao ponto perimetral médio (P) para bronzinas utilizadas em mancais e entre 25° e 55°, particularmente entre 30°e 50° e, mais particularmente ainda, entre 35° e 45° em relação ao ponto perimetal médio (P), para bronzinas utilizadas no olhal maior de bielas.

[038] Nesse sentido, o perfil não precisa se estender ao longo de toda a superfície de deslizamento 12’, 12’’, ou seja, ao longo de todo o comprimento longitudinal da bronzina tomado ao longo da superfície de deslizamento, mas pode estar presente em apenas parte da mesma, e o restante da superfície de deslizamento pode apresentar um perfil plano, tal como o perfil já conhecido para as bronzinas do estado da técnica. Dessa forma, a figura 6 ilustra que o perfil pode se estender em um comprimento angular (Y) de 0 a 90°, particularmente entre 20° e 70° e, mais particularmente ainda, cerca de 60°. Desse modo, e de forma preferencial, a seção longitudinal do perfil também pode apresentar uma forma arqueada ou trapezoidal, ou uma combinação de diferentes forma, ou seja, em que o perfil longitudinalmente apresenta uma seção crescente que atinge seu máximo no ponto médio, aproximadamente, e tornando a decrescer no sentido do final de seu comprimento longitudinal, conforme representado na figura 7.

[039] Naturalmente, de acordo com as figuras esquemáticas na presente descrição, o perfil está representado em determinado quadrante da bronzina, sendo certo que, dependendo da aplicação em que será empregada a bronzina, o perfil pode estar disposto em quadrante oposto. Portanto, os ângulos aqui colocados devem ser interpretados como relativos à posição de referência, e podem, dependendo desta referência, apresentar valores positivos ou negativos, ou mesmo valores múltiplos de 360°, ou seja, dependendo da referência inicial, um ângulo de 30° pode ser representado como 60°, 90°, 120°, 150°, 180° etc., como podem bem apreciar os técnicos no assunto. Naturalmente, os valores aqui expressos em graus também podem ser expressos em radianos.

[040] Apesar de a invenção ter sido descrita com relação às suas realizações particulares, os técnicos no assunto poderão realizar alterações ou combinações não contempladas acima sem, no entanto, se desviar dos ensinamentos aqui descritos, além de expandir para outras aplicações não apreciadas no presente relatório descritivo. Portanto, as reivindicações anexas devem ser interpretadas como cobrindo todos e quaisquer equivalentes que se enquadram dentro do escopo da invenção.

Claims

1. BRONZINA (10), particularmente destinada à aplicação em um motor a combustão interna, que compreende uma construção bipartida e tendo uma superfície de apoio (11) e uma superfície de deslizamento (12), em que a superfície de deslizamento (12) compreende um perfil convexo tomado em relação à seção transversal (AA) da bronzina, e em que o perfil convexo é circunferencialmente limitado e angularmente desviado do ponto perimetral médio (P) da superfície de deslizamento (12) de uma parte semicircular, caracterizada pela posição deslocada em relação ao ponto perimetral médio (P) da superfície de apoio estar compreendida em um ângulo (β) entre 10° e 25°, particularmente entre 14° e 18° e, mais particularmente ainda, de 16°.

2. BRONZINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser uma bronzina bimetálica.

3. BRONZINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por ser uma bronzina trimetálica.

4. BRONZINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo perfil convexo compreender uma forma de arco tomada em relação à seção transversal da bronzina.

5. BRONZINA, de acordo com a reivindicação caracterizada pelo perfil convexo compreender uma forma trapezoidal tomada em relação à seção transversal da bronzina.

6. BRONZINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo perfil compreender uma altura (h) compreendida entre 2 e 20 μm, particularmente entre 3 e 15 μm e, mais particularmente ainda, de 10 μm.

7. BRONZINA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo perfil compreender um comprimento angular (y) de 0 a 90°, mais particularmente entre 20° e 70° e, mais particularmente ainda, cerca de 60°.

8. MOTOR A COMBUSTÃO INTERNA, que compreende pelo menos um mancal e uma biela, caracterizado por compreender adicionalmente pelo menos uma bronzina conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.