BR102020003947A2

BR102020003947A2 - Bronzina para motores de combustão interna

Info

Publication number: BR102020003947A2
Application number: BR102020003947-4A
Authority: BR
Inventors: Matheus Dos Santos Ferreira
Original assignee: Mahle Metal Leve S.A.; Mahle International Gmbh
Priority date: 2020-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-09-08
Also published as: WO2021170809A1; JP2023513557A; EP4111067A1; CN115516218A

Abstract

bronzina para motores de combustão interna. a presente invenção refere-se a uma bronzina para motores de combustão interna sendo dotada de dois segmentos (1) semicirculares que definem um perfil de bronzina, a bronzina compreendendo um canal de óleo (2) que se estende longitudinalmente e de modo centralizado ao longo da superfície interna de pelo menos um segmento (1) da bronzina, em que o canal de óleo (2) compreende um volume constante na razão de até 10% do volume da bronzina.

Description

BRONZINA PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA

[001] A presente invenção refere-se a uma bronzina para motores de combustão. Especificamente, a presente invenção refere-se a uma bronzina que compreende um canal de óleo otimizado de modo que, quando em funcionamento, reduz o fluxo de óleo utilizado ao mesmo tempo que mantém as adequadas as condições de funcionamento do motor.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[002] Os motores de combustão interna compreendem, essencialmente, um bloco de motor, que compreende um ou mais cilindros e um conjunto de árvore de manivelas ou conjunto do virabrequim, ao qual são associados um ou mais cabeçotes, sendo que, por sua vez, o conjunto de árvore de manivelas é composto por pistões, bielas e pelo virabrequim.

[003] A biela é a peça que interliga um pistão ao virabrequim, convertendo o movimento retilíneo alternativo do pistão no interior do cilindro em um movimento angular contínuo do virabrequim. A biela é dotada, basicamente, de um furo ou olhai grande, chamado de cabeça da biela, ao qual associa-se um eixo virabrequim, uma haste ou corpo, e um furo ou olhal pequeno, chamado de pé da biela, o qual é fixado a um pistão por meio de uma cavilha ou pino.

[004] Durante o funcionamento do motor, o(s) pistão(ões) movi-menta(m)-se linear e reciprocamente. Solidariamente a cada pistão, a respectiva biela se movimenta e sua cabeça, associada ao virabrequim, descreve um movimento circular, resultando na movimentação angular do virabrequim.

[005] Para possibilitar o correto funcionamento do motor, é necessário que o contato entre o virabrequim e os demais componentes do motor seja realizado por meio de mancais, mais conhecidos como bronzinas ou casquilhos. Qualquer que seja sua configuração específica, no entanto, eles são conhecidos genericamente como mancais de deslizamento.

[006] Em um motor de combustão interna, os mancais de deslizamento podem ser utilizados (i) como mancais de eixo virabrequim em relação ao bloco do motor, (ii) como mancais de biela em relação ao eixo virabrequim e (iii) como mancais de eixo de comando de válvulas, dentre outras aplicações menos corriqueiras.

[007] Especificamente, os mancais desenvolvidos para utilização no virabrequim são denominados bronzinas. Em geral, as bronzinas compreendem dois segmentos de um metal ferroso, principalmente de aço, cada segmento formando uma metade semicircular ou em forma de "C" (a fim de facilitar a montagem em uma biela), os dois segmentos sendo associados em formato anelar, similar a uma bucha.

[008] A superfície externa de uma bronzina apresenta características de dureza capazes de permitir um contato sólido com seu alojamento, sem deformações, garantindo seu correto apoio e proporcionando a correta dissipação de calor gerado pela fricção (atrito), evitando, assim, um superaquecimento do conjunto.

[009] Já a superfície interna das bronzinas compreende um revestimento que pode ser composto por várias ligas metálicas, como, por exemplo, ligas à base de Cobre ou de Alumínio, entre outras, sempre buscando resistência à abrasão e ao desgaste, além de boa conformabilidade, proporcionando elevada vida útil, mesmo sob severas condições de operação do motor.

[0010] Embora uma bronzina possa realizar sozinha a função de redução de atrito, seu desempenho é enormemente melhorado pela adição de um lubrificante entre a parte móvel (eixo virabrequim) e a superfície interna da bronzina. Por essa razão, um dos objetivos principais do projeto de uma bronzina é estabelecer e manter um filme de óleo entre essas superfícies, geralmente sob cargas variáveis e de alto impacto.

[0011] Em operação normal, o eixo virabrequim e a superfície interna da bronzina se mantêm espaçados um do outro por um filme de óleo que se forma entre estes sob uma condição de lubrificação hidrodinâmica.

[0012] Dessa forma, é predominante na vida útil da bronzina e dos demais componentes, a maximização deste filme de óleo, de modo a evitar o contato entre o eixo virabrequim e o mancal. Procura-se, portanto, projetar bronzinas de forma a proporcionar a maior espessura possível do filme de óleo compatível com as características do sistema de lubrificação do motor.

[0013] Neste contexto o documento US10072699 versa sobre uma bronzina compreendendo em um dos seus segmentos um canal de óleo parcial, ou seja, uma seção que se estende por volta de 45° da extensão total de 180° do segmento de bronzina.

[0014] Assim, observa-se que um canal de óleo parcial não possibilita uma maximização do filme de óleo, em outras palavras, um canal de óleo do estado da técnica não possibilita o melhor do filme de óleo, uma vez que sua seção não envolve todo o segmento da bronzina.

[0015] Já os documentos US8905639 e CN100580261 versam sobre uma bronzina compreendendo em um dos seus segmentos um canal de óleo variável que se estende pelos 180° da extensão total do segmento de bronzina.

[0016] Contudo, esta solução encontrada no estado da técnica, ainda que funcional, não define um canal de óleo ótimo, de modo que não atinge o melhor desempenho possível da bronzina.

[0017] Isto porque uma variação do canal de óleo da bronzina impacta diretamente a condição de lubrificação hidrodinâmica do conjunto eixo virabrequim e biela associada a bronzina.

[0018] Portanto, faz-se necessária a obtenção de uma bronzina para motores de combustão interna, que compreende em um dos seus segmentos um canal de óleo constante e que se estende pelos 180° da extensão do segmento de bronzina, de modo a obter um melhor desempenho do conjunto do conjunto eixo virabrequim e biela associada a bronzina.

Objetivos da invenção

[0019] A presente invenção tem como objetivo prover uma bronzina para motores de combustão interna que compreende canal de óleo otimizado para reduzir o fluxo de óleo mantendo-se adequadas as condições de funcionamento do motor.

[0020] É, também, um objetivo da presente invenção prover uma bronzina para motores de combustão que compreende canal de óleo dotado de área/volume específico que resulte em uma condição aprimorada do filme de óleo, sob condições de redução do fluxo de óleo.

[0021] Ainda, é objetivo da presente invenção prover uma bronzina para utilização em motores onde a demanda de óleo para os mancais é reduzida sem aumento de custo.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0022] Visando superar os inconvenientes do estado da técnica, os objetivos da presente invenção são alcançados por meio de uma bronzina para motores de combustão interna dotada de dois segmentos semicirculares que definem um perfil de bronzina, a bronzina compreendendo um canal de óleo constante que se estende longitudinalmente e de modo centralizado ao longo da superfície interna de pelo menos um segmento da bronzina, e o canal de óleo compreendendo volume na razão de até 10% do volume da bronzina.

[0023] Os objetivos da presente invenção são também alcançados por uma bronzina compreendendo um canal de óleo tendo formato de um dentre trapezoidal, retangular e quadrado.

[0024] Ainda, os objetivos da presente invenção são alcançados por uma bronzina compreendendo um canal de óleo configurado para um substrato de alumínio ou bronze, o substrato podendo ser revestido ou não.

BREVE DESCRIÇÃO 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:
Figura 1a - vista em perspectiva de um primeiro segmento de bronzina do estado da técnica;
Figura 1b - vista em perspectiva de um segundo segmento de bronzina do estado da técnica;
Figura 2 - vista em perspectiva de um segmento de bronzina, objeto da presente invenção;
Figura 3 - representação dos tipos de canais de óleo do segmento de bronzina mostrado na figura 2;
Figura 4 - representação dos resultados do teste de simulação, e
Figura 5 - representação dos resultados do teste do motor.

DESCRIÇÃO DETALHADA DOS DESENHOS

[0026] Conforme já mencionado no estado da técnica, as bronzi-nas compreendem mancais de deslizamento, cuja função consiste em reduzir o atrito entre o eixo virabrequim e uma biela a ela associada.

[0027] Além disso, o desempenho de uma bronzina é enormemente melhorado pela adição de um lubrificante entre a parte móvel (eixo virabrequim) e uma superfície interna da bronzina.

[0028] Por essa razão, um dos objetivos principais do projeto de uma bronzina é estabelecer e manter um filme de óleo entre essas superfícies, geralmente sob cargas variáveis e de alto impacto.

[0029] Dessa forma, é predominante na vida útil da bronzina e dos demais componentes, a maximização deste filme de óleo, de modo a evitar o contato entre o eixo virabrequim e o mancal.

[0030] Observa-se nas figuras 1a e 1b, um segmento, ou uma metade, semicircular de uma bronzina do estado da técnica para uso em motores de combustão interna, em que na figura 1a é mostrada uma bronzina compreendendo um canal de óleo parcial, ou seja, uma seção que se estende por volta de 45°a 160° da extensão total de 180° de um segmento de bronzina, e a na figura 1b é mostrada uma bronzina compreendendo um canal de óleo variável que se estende pelos 180° da extensão total de um segmento de bronzina.

[0031] Assim, conforme já mencionado, essas bronzinas do estado da técnica não definem um canal de óleo ótimo, de modo que não atingem o melhor desempenho possível da bronzina.

[0032] Em contraste, o objeto da presente invenção, tal como observado na figura 2, refere-se a uma bronzina compreendendo um canal de óleo 2 constante que se estende pelos 180° da extensão total de um segmento 1 de bronzina.

[0033] Especificamente, o objeto da presente invenção refere-se a uma bronzina para motores de combustão interna dotada de dois segmentos 1 semicirculares que definem um perfil de bronzina compreendendo um canal de óleo 2 constante que se estende longitudinalmente e de modo centralizado ao longo da superfície interna de pelo menos um segmento 1 da bronzina, o canal de óleo 2 compreendendo volume na razão de até 10% do volume da bronzina.

[0034] Mais especificamente, o canal de óleo 2 da bronzina para motores de combustão interna, objeto da presente invenção, compreende largura de canal A e profundidade de canal B podendo variar entre 1mm a 7mm e 0,1mm a 2mm, respectivamente, a depender das condições e aplicação de projeto.

[0035] Além disso, tal como observado na figura 3, o canal de óleo 2 da bronzina além de ser constante, pode, ainda, compreender formato de um dentre trapezoidal 3, retangular 4 e quadrado 5.

[0036] Cumpre destacar que estes formatos não são limitativos para o objeto da invenção, de modo que quaisquer formatos de canais de óleo 2 atendem o objeto da invenção desde que compreendam um volume de até 10% do volume da bronzina além de canal de óleo 2 constante.

[0037] Vantajosamente, tal como mostrado nas figuras 4 e 5, a bronzina da presente invenção se diferencia do estado da técnica, haja vista os resultados dos testes realizados, a saber, teste de simulação e teste de motor.

[0038] Especificamente, os resultados dos testes constataram uma redução do fluxo de óleo (teste de simulação) juntamente com um melhor desempenho (teste do motor) quando do aumento da pressão do óleo da bronzina da presente invenção em comparação às bronzinas do estado da técnica.

[0039] Assim, no gráfico mostrado na figura 4 (teste de simulação) compara-se o fluxo de óleo para algumas geometrias de canal de óleo 2 da bronzina da presente invenção em comparação aos projetos tradicionais. Como pode ser observado, constatou-se uma redução de 4% no fluxo do óleo utilizado.

[0040] Com relação aos gráficos mostrados na figura 5 (teste do motor), em que as linhas azuis escuras referem-se o canal de óleo 2 da bronzina da presente invenção, e as linhas azul clara e vermelha referem-se, respectivamente, aos canais de óleo variável e parcial do estado da técnica, é constatado pelos resultados dos testes um melhor desempenho da bronzina da presente invenção.

[0041] Assim, vantajosamente, a bronzina da presente invenção fornece um canal de óleo otimizado para reduzir o fluxo de óleo, mantendo adequadas as condições de funcionamento do motor.

[0042] Além disso, em uma configuração alternativa, a bronzina compreende canal de óleo 2 configurado para um substrato de alumínio ou bronze, em que a superfície interna dos segmentos 1 compreendem, ou não, um revestimento.

[0043] Portanto, a presente invenção apresenta uma bronzina com vantagem sobre o estado da técnica, especificamente, por prover uma condição aprimorada do fluxo de óleo, com o uso de um canal de óleo 2 constante, quando comparada aos canais de óleo do estado da técnica, possibilitando, assim, a utilização em motores onde a demanda de óleo precisa ser reduzida sem aumento de custo.

[0044] Ainda, a solução prostra pela presente invenção foi validada através de teste de simulação e de motor, onde os resultados mostraram vantagens para a bronzina da presente invenção.

[0045] 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.

Claims

Bronzina para motores de combustão interna dotada de dois segmentos (1) semicirculares que definem um perfil de bronzina caracterizada por compreender
um canal de óleo (2) constante que se estende longitudinalmente e de modo centralizado ao longo da superfície interna de pelo menos um segmento (1) da bronzina, e
o canal de óleo (2) compreendendo volume na razão de até 10% do volume da bronzina.
Bronzina (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o canal de óleo (2) compreender formato de um dentre trapezoidal (3), retangular (4) e quadrado (5).
Bronzina (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o canal de óleo (2) ser configurado para um substrato de alumínio ou bronze.
Bronzina (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a superfície interna dos segmentos (1) compreenderem um revestimento.
Bronzina (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o canal de óleo (2) compreender largura (A) entre 1mm e 7mm.
Bronzina (1) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o canal de óleo (2) compreender profundidade (B) entre 0,1mm e 2mm.