BR102015005671A2

BR102015005671A2 - arruela de encosto

Info

Publication number: BR102015005671A2
Application number: BR102015005671A
Authority: BR
Inventors: Marcos Manoel Valverde Pereira
Original assignee: Mahle Int Gmbh; Mahle Metal Leve Sa
Priority date: 2015-03-13
Filing date: 2015-03-13
Publication date: 2016-10-25
Also published as: CN116972061A; JP2018507993A; WO2016146401A1; US10550879B2; CN107407324A; EP3268623A1; BR102015005671B1; US20180066698A1

Abstract

resumo patente de invenção: "arruela de encosto". a presente invenção refere-se a uma arruela de encosto (1) para motores de combustão interna, dotada de uma base metálica compreendendo uma face de contato (2) associada ao bloco do motor e uma face de deslizamento (3), a face de deslizamento (3) compreendendo um perfil de superfície dotado de ao menos um trecho de rampa (4), ao menos um trecho horizontal plano (5), ao menos um canal de óleo (6), sendo o trecho de rampa (4) e o trecho horizontal plano (5) associados por meio de uma curva assintótica, o trecho de rampa (4) tendendo assintoticamente para o trecho horizontal plano (5), eliminando pontos de inflexão ou vértices, gerando uma sustentação hidrodinâmica homogênea, anulando efeitos de transição, o que resulta em uma arruela de encosto (1) com elevada resistência ao desgaste e excelente desempenho.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ARRUELA DE ENCOSTO".

[001] A presente invenção refere-se a uma arruela de encosto para motores de combustão interna dotada de uma base metálica compreendendo ao menos uma face de deslizamento dotada de um perfil de superfície homogêneo, sem pontos de inflexão ou vértices. Descrição do estado da técnica [002] Os motores de combustão interna são mecanismos transformadores de energia utilizados pela imensa maioria dos veículos automotores, e compreendem basicamente duas partes principais: um ou mais cabeçotes e o bloco do motor. Na base do(s) cabeçote(s) estão localizadas as câmaras de combustão e no bloco do motor estão localizados os cilindros e o conjunto da árvore de manivelas ou conjunto do virabrequim.

[003] O virabrequim é uma peça fundamental no funcionamento dos motores de combustão, responsável por transformar a energia gerada pela combustão da mistura ar/combustível em torque. Preso no bloco por mancais de apoio, o virabrequim é, usualmente, fundido em aço carbono e possui as bielas acopladas nos moentes e sua geometria lembra várias manivelas colocadas lado a lado.

[004] Entre os elementos que auxiliam na mancalização do virabrequim no bloco do motor, temos as bronzinas e as arruelas de encosto, sendo as arruelas responsáveis por suportar carregamentos a-xiais gerados a partir da embreagem ou sistema de troca de marchas.

[005] As arruelas de encosto estão geralmente alocadas em uma ou mais posições dos mancais, e compreendem basicamente duas meias luas ou duas semi-arruelas, posicionadas na parte superior e inferior do mancai. Essas arruelas funcionam de modo a anular possíveis esforços axiais sofridos pelo virabrequim, de tal forma que ao sofrer um carregamento axial, a força gerada não atua diretamente no bloco do motor, pois a arruela fornece uma superfície de suporte para o carregamento, evitando o desgaste do bloco.

[006] Como pode ser observada na figura 1, a arruela de encosto é dotada de uma base metálica, substancialmente em formato de se-mi-cincunferência, e compreende duas faces. A face de contato é associada ao bloco do motor e não possui movimento relativo entre a arruela e o bloco, enquanto a face de deslizamento mantém contato com o virabrequim, gerando um movimento relativo entre a arruela e o virabrequim. De acordo com a carga aplicada, o movimento relativo carrega de modo elevado o contato entre a face de deslizamento e o virabrequim, sendo a face de deslizamento responsável por suportar o carregamento axial gerado. Adicionalmente, a arruela de encosto compreende ainda um diâmetro interno, associado ao mancai, e canais de óleo.

[007] Os canais de óleo são fundamentais para o correto funcionamento das arruelas de encosto e garantem a lubrificação da superfície, evitando um desgaste acelerado/excessivo dos mancais. Esses canais são preenchidos por óleo, de tal modo que é óleo é distribuído na superfície por meio do arrasto gerado no movimento de rotação.

[008] Tanto os motores Otto, quanto Diesel sofrem carregamentos axiais. No entanto, esses carregamentos estão cada vez maiores, principalmente nos motores dotados de embreagens automáticas ou automatizadas. Essas embreagens contribuem para a redução do consumo de combustível nos automóveis, porém aumentam as cargas aplicadas, fazendo com que as arruelas de encosto atualmente utilizadas não suportem os esforços e acabem desgastando ou sofrendo outras falhas.

[009] Para que a arruela suporte os carregamentos gerados é necessário que se forme um filme de óleo entre a face de deslizamento da arruela e o virabrequim. Esse filme de óleo deve manter uma es- pessura e é originado a partir de um fenômeno chamado de sustentação hidrodinâmica. Essa sustentação hidrodinâmica depende de dois fatores: a forma da superfície e a velocidade.

[0010] Diz-se que a arruela mantém uma sustentação hidrodinâmica quando não existe contato metálico, ou seja, existe uma distância entre as superfícies, sendo essa distância a espessura do filme de óleo. Para que haja sustentação hidrodinâmica a espessura do filme de óleo deve ser três vezes maior do que a rugosidade da superfície.

[0011] Para haja suficiente sustentação hidrodinâmica, temos que garantir uma determinada velocidade de rotação e garantir a melhor superfície possível para tal condição. Como a velocidade de rotação é variável, de acordo com a velocidade do veículo, então podemos modificar a superfície de modo a alcançar uma sustentação suficiente que suporte elevadas cargas e esforços axiais.

[0012] Existem, no estado da técnica, arruelas planas, arruelas abauladas e arruelas ramp-and-pad, as quais compreendem basicamente ao menos um trecho de rampa, ao menos um trecho horizontal plano e ao menos um canal.

[0013] As arruelas com face de deslizamento plana, como o próprio nome diz, não compreendem qualquer geometria na face de deslizamento e compreendem apenas canais de óleo. Essas arruelas possuem baixa resistência ao desgaste e são apropriadas apenas para motores com baixa cargas.

[0014] Ainda, as arruelas abauladas são produzidas por um processo de estampagem e compreendem uma face de deslizamento curvilínea. São mais baratas, porém possuem baixa resistência ao desgaste, devido à variação geométrica elevada da face de deslizamento e devido à falta de trechos planos. Cumpre notar que, o trecho plano é fundamental para manter a sustentação hidrodinâmica.

[0015] Ademais, as arruelas ramp-and-pad são produzidas por um processo de usinagem e compreendem ao menos uma rampa com inclinação constante, ao menos um trecho horizontal plano e ao menos um canal de óleo. Essas arruelas garantem elevada sustentação hi-drodinâmica, pois o processo de usinagem garante uma arruela dimensionalmente estável e o trecho horizontal plano garante elevada sustentação hidrodinâmica, melhorando o desempenho das arruelas.

[0016] Apesar das arruelas ramp-and-pad apresentarem maior resistência ao desgaste e melhor desempenho, a associação entre o trecho de rampa e o trecho horizontal apresenta uma ruptura brusca na geometria. Matematicamente falando, esse ponto de associação gera um ponto de inflexão ou vértice, o qual interrompe a distribuição do óleo na face de deslizamento, diminuindo a sustentação hidrodinâmica nesse ponto. Esse ponto de inflexão ou vértice resulta em uma mudança no comportamento de pressão, gerando instabilidade.

[0017] Um modo de amenizar tal falha está em fazer um arredondamento desse vértice, associando o trecho de rampa ao trecho horizontal plano por meio de um pequeno raio. Essa configuração resulta em menor instabilidade da arruela, porém não garante excelente desempenho.

[0018] Em vista do acima exposto, não havia sido desenvolvida até o momento, uma arruela de encosto à qual apresente na face de deslizamento uma superfície que garanta sustentação hidrodinâmica homogênea e não sofra qualquer efeito de transição, conferindo à arruela elevada resistência ao desgaste e, consequentemente, excelente desempenho.

Objetivos da invenção [0019] O objetivo da presente invenção está em prover uma arruela de encosto, a arruela compreendendo uma base dotada de uma face de deslizamento, a face de deslizamento compreendendo ao menos um trecho de rampa, ao menos um trecho horizontal plano, ao menos um canal de óleo e uma associação sem pontos de inflexão ou vértices, entre o trecho de rampa e o trecho horizontal.

[0020] Ainda, é objetivo da presente invenção prover uma arruela de encosto que garanta sustentação hidrodinâmica homogênea, sem qualquer transição entre as superfícies.

[0021] É, também, objetivo da presente invenção prover uma arruela de encosto compreendendo elevada resistência ao desgaste e, por consequência, excelente desempenho, particularmente, em motores com cargas elevadas.

[0022] Ademais, é objetivo da presente invenção prover uma arruela de encosto que apresente na face de deslizamento uma superfície dimensionalmente estável e uma espessura de filme de óleo maior do que três vezes a rugosidade da superfície na face de deslizamento. Breve descrição da invenção [0023] Os objetivos da presente invenção são alcançados por uma arruela de encosto para motores de combustão interna, dotada de uma base metálica compreendendo uma face de contato associada ao bloco do motor e uma face de deslizamento, a face de deslizamento compreendendo um perfil de superfície dotado de ao menos um trecho de rampa, ao menos um trecho horizontal plano, ao menos um canal de óleo, sendo o trecho de rampa e o trecho horizontal plano associados por meio de uma curva assintótica, o trecho de rampa tendendo assintoticamente para o trecho horizontal plano.

[0024] Os objetivos da presente invenção são ainda alcançados por um motor de combustão interna compreendendo ao menos uma arruela de encosto, tal como descrita acima.

Descrição resumida dos desenhos [0025] A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram: [0026] Figura 1 - vista em perspectiva de uma arruela de encosto com todas as partes que a constituem;

[0027] Figura 2 - vista frontal da arruela de encosto da presente invenção;

[0028] Figura 3 - vista em detalhe do corte B-B apresentado na figura 2;

[0029] Figura 4 - gráfico comparativo da pressão hidrodinâmica gerada para as arruelas de encosto do estado da técnica e da presente invenção;

[0030] Figura 5 - gráfico comparativo da pressão hidrodinâmica gerada para as arruelas de encosto do estado da técnica e da presente invenção.

Descrição detalhada dos desenhos [0031] A presente invenção refere-se a uma arruela de encosto 1 para motores de combustão interna dotada de uma base metálica compreendendo ao menos uma face de deslizamento 3 dotada de um perfil de superfície homogêneo, sem pontos de inflexão ou vértices.

[0032] Conforme já mencionado no estado da técnica, as arruelas de encosto 1 são componentes que auxiliam na mancalização do vira-brequim no bloco de um motor de combustão interna, sendo responsáveis por suportar carregamentos axiais gerados a partir da embrea-gem ou sistema de troca de marchas.

[0033] Como pode ser observada na figura 1, a arruela de encosto 1 é dotada de uma base metálica, substancialmente em formato de semi-cincunferência, e compreende duas faces. A face de contato 2 é associada ao bloco do motor e não possui movimento relativo entre a arruela 1 e o bloco, enquanto a face de deslizamento 3 mantém contato com o virabrequim, gerando um movimento relativo entre a arruela 1 e o virabrequim. De acordo com a carga aplicada, o movimento relativo carrega de modo elevado o contato entre a face de deslizamento 3 e o virabrequim, sendo a face de deslizamento 3 responsável por suportar o carregamento axial gerado. Adicionalmente, a arruela de encosto 1 compreende ainda um diâmetro, para associação com o mancai, e ao menos um canal de óleo 6.

[0034] Para que a arruela 1 suporte os carregamentos gerados é necessário que se forme um filme de óleo entre a face de deslizamento 3 da arruela 1 e o virabrequim. Esse filme de óleo deve manter uma espessura e é originado a partir de um fenômeno chamado de sustentação hidrodinâmica. Essa sustentação hidrodinâmica depende de dois fatores: a forma da superfície e a velocidade de rotação do virabrequim.

[0035] Diz-se que a arruela 1 mantém uma sustentação hidrodinâmica quando não existe contato metálico, ou seja, existe uma distância entre as superfícies, sendo essa distância a espessura do filme de óleo.

[0036] Para haja suficiente sustentação hidrodinâmica, temos que garantir uma determinada velocidade de rotação e garantir a melhor superfície possível para tal condição. Sendo a velocidade de rotação variável, de acordo com a velocidade do veículo, devemos então modificar a superfície da face de deslizamento, de modo a alcançar uma sustentação suficiente que suporte elevadas cargas e esforços axiais.

[0037] Nesse sentido, a presente invenção apresenta nas figuras 2 e 3 uma configuração preferencial para a arruela de encosto 1 compreendendo um perfil de superfície da face de deslizamento 3 dotado de ao menos um trecho de rampa 4, ao menos um trecho horizontal plano 5 e ao menos um canal de óleo 6, sendo o trecho de rampa 4 e o trecho horizontal plano 5 associados por meio de uma curva assintó-tica.

[0038] O trecho de rampa 4 é iniciado pela inclinação da curva e tende assintoticamente para o trecho horizontal plano 5. Isso significa, que os trechos de rampa 4 e horizontal plano 5 são associados por uma curva constante com concordância suave, eliminando possíveis pontos de inflexão ou vértices nessa associação.

[0039] Conforme explicado anteriormente no estado da técnica, a existência de pontos de inflexão ou vértices na associação entre o trecho de rampa 4 e o trecho horizontal plano 5 resulta em uma mudança no comportamento da pressão de óleo, gerando instabilidade na sustentação hidrodinâmica da arruela 1.

[0040] Dessa forma, a presente invenção apresenta uma arruela de encosto 1 que garante sustentação hidrodinâmica mais homogênea, anulando os efeitos de transição gerados pelos pontos de inflexão ou vértices.

[0041] Essa sustentação hidrodinâmica mais homogênea permite que não haja contato metálico entre a face de deslizamento 3 e o vira-brequim, garantindo uma distância entre as superfícies ou espessura de filme de óleo de ao menos três vezes a rugosidade da superfície.

[0042] Ademais, a arruela 1 da presente invenção apresenta uma redução da influência da tolerância dimensional da superfície. A tolerância do ângulo de rampa reta, apresentada no estado da técnica, afeta o resultado de sustentação hidrodinâmica e suporte de carga. A variação da tolerância da arruela 1 da presente invenção apresenta menor influência nessas propriedades.

[0043] Observando a figura 4, é possível notar a influência do perfil de superfície da face de deslizamento 3, de acordo com a posição angular nessa face 3, em relação à pressão de óleo mantida nessa superfície. Adicionalmente, a figura 5 apresenta o perfil de superfície da face de deslizamento 3 gerado, de acordo com a posição angular na face 3.

[0044] O estado da técnica 1 apresenta um perfil de superfície de uma arruela abaulada, enquanto o estado da técnica 2 apresenta um perfil de superfície de uma arruela ramp-and-pad dotada de rampa reta.

[0045] Analisando as figuras 4 e 5, conclui-se que o perfil de superfície da face de deslizamento 3 apresentado pela presente invenção, gera uma pressão de óleo menor, porém com maior sustentação hidrodinâmica e maior espessura de filme de óleo.

[0046] Em vista do acima exposto, a arruela de encosto 1 da presente invenção apresenta um aumento da máxima carga suportada, elevada resistência ao desgaste e, consequentemente, excelente desempenho.

[0047] Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Arruela de encosto (1) para motores de combustão interna, dotada de uma base metálica compreendendo uma face de contato (2) associada ao bloco do motor e uma face de deslizamento (3), caracterizada pelo fato de que a face de deslizamento (3) compreende um perfil de superfície dotado de ao menos um trecho de rampa (4), ao menos um trecho horizontal plano (5), ao menos um canal de óleo (6), sendo o trecho de rampa (4) e o trecho horizontal plano (5) associados por meio de uma curva assintótica, o trecho de rampa (4) tendendo assintoticamente para o trecho horizontal plano (5).

2. Motor de combustão interna caracterizado pelo fato de que compreende ao menos uma arruela de encosto (1), tal como definida na reivindicação 1.