BR112012004650A2

BR112012004650A2 - virabrequim oco tendo um plano de simetria axial e método de fabricação do mesmo e motor de veículo automotivo compreendendo o referido virabrequim

Info

Publication number: BR112012004650A2
Application number: BR112012004650-0A
Authority: BR
Inventors: Philippe Boujon; Cyril Schafer; Philippe Gaeng
Original assignee: Peugeot Citroën Automobiles SA; Forges De Courcelles
Priority date: 2009-09-07
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2020-08-11
Also published as: EP2475479B1; WO2011027063A1; ES2424861T3; BR112012004650B1; EP2475479A1; FR2949831B1; CN102712032A; CN102712032B; FR2949831A1

Abstract

VIRABREQUIM OCO TENDO UM PLANO DE SIMETRIA AXIAL E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DO MESMO E MOTOR DE VEÍCULO AUTOMOTIVO COMPREENDENDO O REFERIDO VIRABREQUIM A invenção refere-se à um virabrequim oco tendo um plano axial de simetria, formado por ao menos duas partes principais (2,3) produzido por forjamento e montagem por solda ao Iongo do eixo longitudinal do virabrequim (1). De acordo com a invenção, as duas partes principais (2, 3) são ocas e montadas uma à outra ao longo de um plano longitudinal perpendicular ao plano axial de simetria (x, x') do virabrequim (1), cada parte compreendendo ao menos um meio-mancal (4), ao menos um contrapeso (7) e ao menos uma manivela parcial (5), uma manivela parcial complementar (8) sendo montada para cada manivela parcial (5) das partes principais (2, 3) ao longo de um plano de montagem estendido em paralelo ao plano de montagem das partes principais.

Description

t . 1/6 ' '\ "VIRABREQUIM OCO TENDO UM PLANO DE SIMETRIA AXIAL E MÉTODO

DE FABRICAÇÃO DO MESMO E MOTOR DE VEÍCULO AUTOMOTIVO COMPREENDENDO O REFERIDO VIRABREQUIM" A presente invenção reivindica a prioridade do Pedido de Patente Francês No.

- 5 0956061 requerido em 07 de Setembro de 2009 e a prioridade do Pedido de Patente Francês No. 1050435 requerido em 22 de janeiro de 2010, cujo 0 conteúdo (texto, desenho e reivindicações) é aqui incorporado por referência. A invenção refere-se a um virabrequim oco tendo um plano de junção deslocado com relação ao plano de simetria axila, um motor e um velculo equipado com 10 esse virabrequim bem como o método de fabricação do referido virabrequim. A função de um virabrequim consiste através de um sistema de haste-manivela para transformar os movimentos retillneos alternativos dos pistões e um movimento rotativo contlnuo. Nas extremidades, a lateral << cauda do virabrequim>> se situa a polia de distribuição e na lateral oposta a plataforma 15 (bandeja) do volante motor. De maneira clássica, os motores menos solicitados são equipados de virabrequins em ferro fundido enquanto que para as peças mais carregadas, os critérios para a escolha de soIuções são em aço forjado. Em funcionamento, o virabrequim é submetido à diferentes tipos de 20 restrições: - de flexão, que são concentrados nas ranhuras de ligação (esforços das hastes/bielas); - de torção, que solicitam principalmente o aperfeiçoamento dos mancais e os orifícios de lubrificação; J 25 - as vibrações de torção e de flexão; - o desgaste dos rolamentos e manivelas ou dos materiais antagonistas em relação à lubrificação. " Os virabrequins que equipam os motores dos velculos atuais são peças geralmente fabricadas em uma única peça por exemplo forjadas ou fundidas. O 30 material utilizado como o ferro fundido, o aço se encontram em todas as seções das peças que necessitam ser feita ao longo das operações de usinagem dos oriflcios de passagem do óleo para lubrificar os rolamentos e as manivelas presentes no virabrequim.

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Devidos às formas plenas de um virabrequim, eles geralmente apresentam um peso importante que não pode ser reduzido sem afetar a geométrica e as dimensões das formas exteriores do virabrequim.

Um virabrequim de aço apresenta assim um peso em torno de 12 à 15 kg, sendo aproximadamente 10°6 do peso do motor.

O potencial ganho de peso é - 5 significativo se puder suprimir uma parte do material no centro das manivelas e mancais, o material nessas áreas sendo pouco econômico para a rigidez e durabilidade do virabrequim.

A fim de reduzir o peso da referida peça, se propõe em FR 2 802 591 fabricar um 10 virabrequim soldado consti'tuído de um determinado número de elementos individuais providos de cavidades em seu interior reduzindo assim o peso e 4 montagens entre si para constituir o virabrequim.

Os elementos individuais são assim montados pelas soldas se estendendo transversalmente ao eixo do virabrequim.

O referido virabrequim apresentando um peso maior, apresenta 15 também riscos de ruptura ao nlvel das soldas sob o efeito de pressão de torção.

Se propõe igualmente fabricar um virabrequim com o auxílio de duas peças de chapa metáiica embutidas (estampagem) após soldadas entre SÍ com as juntas de montagem orientadas ao longo do virabrequim como notadamente descrito em FR 2 020 149. A montagem dessas duas peças poderá ser feita por 20 soldagem por resistência sob pressão ou se poderá igualmente ser feita por encaixe das peças uma à outra por auto-fixação.

O referido método de fabricação permite portanto obter um virabrequim oco no qual o material é reduzido constituindo a parede exterior do virabrequim enquanto que a totalidade da seção interior permanece disponlvel para uma 25 circulação de óIeo, por exemplo.

Se obtém assim, um ganho de peso interessante.

Todavia a montagem por fixação (fretagem) é relativamente complexa de ser implementada e ainda a resistência de um virabrequim assim montado poderá não ser ideal.

Se preferirá portanto virabrequins nos quais a montagem se efetua por soldagem 30 ou brasagem de duas peças montadas borda à borda ao longo do eixo bngitudinal e no plano de simetria axial do virabrequim.

Todavia, foi possÍvel perceber que as referidas montagens não apresentam sempre qualidade suficiente em termos de resistência.

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Além disso, o plano de soIdagem das duas semi-conchas se estende ao longo do eixo longitudinal do virabrequim e no plano de simetria axial do referido virabrequim passando por vértices e manivelas.

Se poderá então considerar após o teste da bancada do motor que a peça é quebrada ao nível das zonas soldadas (em vários -5 lugares). lsto é principalmente devido ao fato que a costura de soldagem é localizada ao nível das áreas mais solicitadas, o plano de soldagem atravessando as áreas de restrição máxima do virabrequim nos defeitos de soldagem que se torna então um fator agravante para a durabilidade do virabrequim.

A invenção tem portanto por objetivo de atenuar os inconvenientes e de produzir 10 um virabrequim oco, leve, constituído de ao menos duas peças ou meias- conchas obtidas por forjamento, e que, montadas, definem uma seção interior oca do referido virabrequim permitindo uma circulação de óIeo para lubrificação por exemplo, bem como um allvio da pela que seja capaz de transmitir um torque importante, podendo ser 'fabricado de maneira relativamente simples e 15 economicamente vantajosa.

Nesse sentido, a invenção tem por objetivo um virabrequim oco apresentando um plano de simetria axial, constituído de ao menos duas peças principais ocas obtidas por forjamento e montadas por soldagem ao longo do eixo longitudinal do virabrequim, caracterizado por as duas peças principais serem montadas uma à 20 outra ao longo de um plano longitudinal e perpendicular ao plano de simetria axial do virabrequim, cada peça compreendendo ao menos um meio-mancal, ao menos um contrapeso e ao menos uma manivela parcial, e uma manivela parcial complementar sendo montada em cada manivela parcial das peças principais ao longo do plano de montagem se estendendo paralelamente ao plano de 25 montagem das peças principais.

De maneira vantajosa, a referida montagem por soldagem das duas peças principais ocas obtidas por forjamento, bem como por estampagem é pouco solicitada de um ponto de vista funcional.

Com efeito, as duas peças ou meias- conchas poderão possuir «pontes de matéria» servindo a manter os 30 elementos e assegurar a dimensão do virabrequim durante a montagem das meias-conchas.

Essas << pontes >> tem portanto o mesmo comprimento que as manivelas e essas pontes são em seguida destinadas a serem cortadas após a montagem.

De preferência, as peças são obtidas por estampagem.

Para melhor compreensão da invenção a mesma será descrita em detalhes com

· reiação aos desenhos em ánexo, apresentados em caráter exemplificativo e não limitativo, nos quais:

- 5 - A Figura 1 representa uma vista em corte longitudinal das peças em estado bruto seguindo o plano X-X' constituindo um virabrequim para motor de quatro cilindros de acordo com a invenção; - A Figura 2 representa uma vista em corte longitudinal seguindo o plano X-X' de um virabrequim para motor de quatro cilindros de acordo com a invenção antes 10 do corte das pontes; e - A Figura 3 representa uma vista em corte longitudinal seguindo o plano X-X' de um virabrequim para motor de dois cilindros montado de acordo com a invenção.

Na Figura 1 é representado um virabrequim 1 para um motor de quatro cilindros feito em aço e composto de várias partes que são em seguida soldadas.

Cada 15 uma das peças constituindo o referido virabrequim 1 é obtida por forjamento.

Como se poderá ver na Figura 1, o virabrequim 1 compreende cinco mancais 4, quatro manivelas, 5, 8, braços 6 estendidos em um mancal 4 e uma manivela 5, 9 e oito contrapesos 7 associados ao oposto de cada manivela 5, 8. Para simplificar o virabrequim, se poderá igualmente limitar o número de contrapesos 20 à quatro, um único contrapeso estando em relação à uma manivela.

O referido virabrequim 1 apresenta um plano de simetria axial, x,x' (aqui o plano da folhaj As partes elementares constituindo um virabrequim 1 são representadas de maneira explodida na Figura 1. O virabrequim 1 com quatro manivelas 5 é constituldo ainda por duas peças principais 2, 3 ou meias-conchas montadas 25 uma à outra ao longo do eixo longitudinal do virabrequim 1. ?

Essas duas partes 2, 3 são feitas por forjamento de maneira que o plano de montagem 10 dessas duas partes 2, 3 se estende em um plano longitudinal x, y perpendicular ao plano de simetria axila x, x' do virabrequim 1. Assim, essas duas pelas 2, 3 diferentes uma da outra, apresentam duas 30 manivelas 5 parciais, de preferência uma meia-manivela, e quatro contrapesos 7 de maneira que a montagem das peças 2, 3 permite a passagem em relação à uma manivela parcial 5 e uma das peças e dos dois contrapesos 7 da outra.

As manivelas parciais 5 são em seguida completadas com o auxllio de manivelas

S « q parciais 8 complemèntares obtidas igualmente por forjamento montadas de i i acordo com um pIano de montagem 11 paralelo ao plano de montagem 10. | r 0 . ,l) As duas peças ou meias-conchas 2, 3 são forjadas de maneíra a serem ocas ao nível das manivelas e dos mancais. Assim, se obtém um ganho substancial em

I " 5 peso do virabrequim final que possui no entanto << pontos de matéria >> 9 ao l nível dos braços 6 servindo a manter os elementos e assegurar a dimensão do l virabrequim 1 durante a montagem das meias-conchas. Essas << pontes >> tem ! l portanto o mesmo comprimento das manivelas 5 e sendo destinadas a serem q cortadas após a montagem (a parte cortada sendo representada tracejada na 10 Figura 2)- Os furos dos orifícios de lubrificação 12 são feitos do tipo mono- entradal multi-saldas. Cada parte constituindo o virabrequim 1 de acordo com a invenção é obtida por estampagem. Assim, o aço cortado é aquecido por indução para realizar a estampagem de uma primeira meia-concha 2. Essa meia-concha 2 passa em 15 seguida por um polimento. Após, se efetua uma etapa de resfriamento controlada antes de granular a referida meia-concha 2. Se procede em seguida uma etapa de controle do aspecto dessa meia-concha 2 antes de submete-la à um controle dimensional e magnetoscópico. Se realiza o mesmo procedimento para a segunda peça ou meia-concha 3. Se forma igualmente da mesma 20 maneira quatro peças correspondentes às manivelas parciais 8 de preferência uma meia-manivela. De maneira vantajosa, a meia-manivefa 8 forjada, poderá ser feita oca e de um material idêntico às conchas 2 e 3 em uma aço menos oneroso. Nesse sentido essa meia-manivela è muito pouco solicitada mecanicamente. 25 Para realizar a montagem dos elementos, se poderá soldar os diferentes elementos pelo método de soldagem conhecidos como por indução, por resistência, por soldagem TlG, ARC ou outro, por fricção linear. Se controla o alinhamento dos elementos durante a soldagem após a realização de um polimento dos rolamentos exteriores do virabrequim 1 soldados, após um ,l 30 resfriamento ao ar livre, um controle de aspecto, um controle dimensional e um controle magnetoscópico. Se reaiiza em seguida as operações de corte dos pontos após a usinagem das manivelas e mancais. Para uma melhor postura e durabilidade mecânica, o virabrequim poderá ser reforçado com o auxllio de operações de poIimento, de nitretação, de jateamento ou de têmpera HF ou por indução.

Se obterá assim um virabrequim menos sensível aos defeitos de soldagem que apresentam assim um ganho em vida mecânica visto que a zona soldada não '' 5 está situada no pIano de mais exigência.

O referido virabrequim permite ganhos de iso-performance obtendo ganhos em peso superior.

Como poderá ser visto na Figura 3, o virabrequim 1 de acordo com a invenção poderá ser destinado à motores com dois cilindros ou ainda motores tendo as manivelas em um mesmo plano. 10 Deverá ser entendido que a presente invenção não estará limitada aos exemplos da configuração, mas englobando as variantes no campo de proteção da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. "VIRABREQUIM OCO TENDO UM PLANO DE SIMETRIA AXIAL", constituldo de ao menos duas peças principais (2, 3) obtidas por forjamento e montadas por soldagem ao Iongo do eixo longitudinal do virabrequim (1), " 5 caracterizado por as duas peças principais (2, 3) serem ocas e montadas uma à outra ao longo de um plano (10) longitudinal e perpendicular ao pIano de simetria axial (x,x') do virabrequim (1), cada peça compreendendo ao menos uma meia- concha (4), ao menos um contrapeso (7) e ao menos uma manivela parcial (5), uma manivela parcial complementar (8) sendo montada em cada manivela 10 parcial (5) das pelas principais (2, 3) ao longo de um plano de montagem (11) se estendendo paralelamente ao plano de montagem (10) das peças principais.

2. "VIRABREQUIM", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser feito em aço- 15 3. "VIRABREQUIM", de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por uma manivela parcial corresponder à uma meia-manivela (5) e uma manivela parcial complementar corresponder à uma meia-manivela complementar (8)p

4. "MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE UM VIRABREQUEIM", de acordo com as 20 reivindicações 1 e 2, caracterizado por ser realizado por estampagem as duas peças principais ocas (2, 3) compreendendo cada delas ao menos uma meia- concha {4), ao menos um contrapeso (7) e ao menos uma manivela parcial (5) de maneira que as referidas peças (2, 3) sejam montadas uma à outra ao Iongo de um plano de montagem perpendicular ao pelo de simetria axial do 25 virabrequim, se montando as referidas peças principais (2, 3) ao longo do referido plano de montagem, e se montando em cada manivela parcial (5) uma manivela parcial complementar (8) obtida por estampagem igualmente ao longo de um plano de montagem (11) se estendendo paralelamente ao plano de montagem (10) das peças principais (2, 3).

30 5. "MÉTODO", de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por quando houver pontes de matéria (9) ao nível dos braços (6) para reter os elementos e assegurar a dimensão do virabrequim (1) durante a montagem das meias- conchas, elas serem cortadas após a montagem das duas peças (2, 3).

6- "MOTOR PARA VEÍCULO AUTOMOTIVO", de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por compreender um virabrequim de acordo com a presente invenção.

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