BR112012019978B1

BR112012019978B1 - Sistema de massa de contrarrotação configurado para ser aplicado a um motor de combustão interna com quatro cilindros em linha para equilibrar as vibrações produzidas pelo dito motor, e motor com quatro cilindros em linha compreendendo dito sistema

Info

Publication number: BR112012019978B1
Application number: BR112012019978-1A
Authority: BR
Inventors: Giuseppe Colonna; Loris Aere
Original assignee: Iveco S.P.A.
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2020-10-13
Also published as: RU2556771C2; AU2011214017B2; CN102725559B; BR112012019978A2; BR112012019978B8; RU2012138341A; CN102725559A; EP2354590A1; EP2354590B1; US20120291742A1; WO2011098956A1; ES2699476T3; US8857399B2; AU2011214017A1

Abstract

SISTEMA DE MASSA DE CONTRARROTAÇÃO CONFIGURADO PARA SER APLICADO A UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA COM QUATRO CILINDROS EM LINHA PARA EQUILIBRAR AS VIBRAÇÕES PRODUZIDAS PELO DITO MOTOR, E MOTOR COM QUATRO CILINDROS EM LINHA COMPREENDENDO DITO SISTEMA. A presente invenção refere-se a um sistema de massa de contrarrotação para equilibrar as vibrações produzidas por um motor de veículo, compreendendo um suporte central (21) e massa excêntrica de contrarrotação (22,23,24,25) projetandos-se a partir de dois lados opostos do suporte.

Description

CAMPO DE APLICAÇÃO DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se a um sistema de massa de contrarrotação configurado para ser aplicado a um motor de combustão interna com quatro cilindros em linha para equilibrar as vibrações produzidas por dito motor, e um motor com quatro cilindros em linha reta compreendendo dito sistema.

DESCRIÇÃO DA TÉCNICA ANTERIOR

A aplicação de um sistema de massa de contrarrotação a um motor é conhecida na técnica para equilibrar as vibrações e as inércias produzidas pelo eixo de acionamento a fim de eliminar ou pelo menos reduzir consideravelmente as mesmas.

Dito sistema é geralmente fixado ao cárter ou ao coletor do cárter sob o motor, de qualquer modo em um ponto onde o equilíbrio é necessário, e onde é possível tomar o controle da rotação em massa a partir do eixo de acionamento. O equilíbrio das vibrações produzidas por um motor com quatro cilindros em linha apresenta, no entanto, problemas diferentes com respeito a outras configurações de alinhamento 5 10 15 20 de cilindro.

Por exemplo, um motor de três cilindros em linha é descrito a seguir, cujo comportamento é similar a um motor de cinco cilindros em linha, ambos tendo um número impar de cilindros.

No motor com três cilindros em linha, a explosão ocorre em cada 240° de rotação do eixo de acionamento (720°/3 = 240°) . O eixo de acionamento é esquematizado na figura 1, com ordens de ignição: 3.1 - 3.3 - 3.2.

Em uma primeira análise, pode parecer que, durante a rotação, o centro de gravidade de três êmbolos e suas respectivas hastes de conexão está sempre no centro do motor, assim, eles não geram qualquer vibração. A análise também pode levar à crença de que não existem forças espúrias, geradas tanto verticalmente e transversalmente.

Assim, no entanto, não é correto, porque implica na suposição de que o motor é um ponto único e as forças estão agindo sobre um plano único, As forças têm, ao contrário, uma colocação diferente ao longo do eixo por si mesmo e, em vez de serem reciprocamente canceladas, elas geram resultantes que fazem o eixo de acionamento vibrar nas duas extremidades, gerando momentos livres de primeira ordem, dç tipo "arfagem".

A figura 1 mostra claramente que quando o êmbolo 3.1 está em seu ponto morto superior e inverte seu movimento para 5 10 15 20 baixo, ele gera uma força para cima na extremidade frontal do motor; o êmbolo 3.2 move-se para baixo e gera uma força para cima posicionada no centro do motor; ao contrário, o pistão 3.3 que se move para cima, gera uma força para baixo posicionada na extremidade traseira do motor.

Uma vez que o centro axial de gravidade do motor está posicionado sobre o cilindro intermediário 3.2, um momento "no sentido horário" longitudinal é gerado sobre o eixo de acionamento, devido ao fato de que o cilindro 3.1 empurra para cima e o cilindro 3.3 empurra para baixo. Após uma rotação de 180°C, a situação é completamente revertida, e o momento gerado pelos êmbolos 3.1, 3.3 é invertido e torna-se "no sentido anti-horário".

A solução geralmente fornecida para contrabalançar tais momentos em um motor com três cilindros em linha é aplicar um eixo de equilíbrio acionado pelo eixo de acionamento com duas massas excêntricas às duas extremidades do eixo. As duas massas movem-se em uma direção oposta à direção do êmbolo.

Assim, o momento de "arfagem" é equilibrado por um momento igual e oposto.

Em um motor com cinco cilindros em linha ocorre o mesmo fenômeno como no motor com três cilindros em linha.

No motor com cinco cilindros em linha, a explosão ocorre em cada 720°/5=144° da rotação do eixo de acionamento. Como 5 10 15 20 mostrado na figura 2, a ordem de ignição é 5.1.5.5.3-5.5-5.4- 5.2.

Os resultantes das forças alternadas de primeira ordem são equilibrados.

Os resultantes das forças alternadas de segunda ordem são equilibrados também.

Ao contrário, um motor com cinco cilindros em linha gera momentos longitudinais de "arfagem" similares aos de um motor com três cilindros em linha. Isto acontece porque o êmbolo 5.1 não está na mesma posição do êmbolo 5.5 e o êmbolo 5.2 não está na mesma posição do êmbolo 5.4.

Por esta razão, as duas extremidades do motor vibram com respeito ao centro do motor.

Uma solução que é geralmente fornecida para contrabalançar esses momentos em um motor com cinco cilindros em linha é aplicar, como no caso de motor com três cilindros em linha, um eixo de equilíbrio que gira em uma direção oposta ao eixo de acionamento, tem o mesmo comprimento que o motor e dois contrapesos movendo-se em uma direção oposta à dos êmbolos. O eixo é acionado pelo motor na mesma velocidade como o eixo de acionamento.

Ou, como descrito em EP-462411, pares de massas de contrarrotação podem ser aplicados às duas extremidades do eixo de acionamento. 5 10 15 20

As soluções fornecidas nos casos acima mencionados, no entanto, não podem ser aplicadas no caso de um motor com quatro cilindros em linha, onde as vibrações geradas são de um tipo completamente diferente.

A figura 3.1 mostra o diagrama de um motor com quatro cilindros em linha, cuja ordem de ignição é: cilindro 1 (4.1) - cilindro 3 (4.3) - cilindro 4 (4.4) - cilindro 2 (4.2).

A ignição ocorre a cada 720°=4=180° da rotação do eixo de acionamento, assim os pares de êmbolos 4.1-4.4 e 4.2-4.3 estão exatamente na mesma posição e sempre se movem de acordo com a mesma direção. A fim de impedir o fenômeno de arfagem, os cilindros são dispostos como na figura, assim o êmbolo 4.1 é perfeitamente equilibrado por 4.4, e o êmbolo 4.2 é equilibrado por 4.3.

Assim, é possivel dizer que um motor com quatro cilindros em linha não precisa equilibrar os momentos livres de primeira ordem, devido aos movimentos recíprocos opostos dos quatro cilindros.

Como para as forças verticais, pode ser visto que o êmbolo 4.1 é equilibrado pelo êmbolo 4.2 e o êmbolo 4.3 pelo êmbolo 4.4. Isto, no entanto, é válido apenas para forças alternadas de primeira ordem. As forças alternadas de segunda ordem são muito menores do que as de primeira ordem e giram em duas vezes a frequência das de primeira ordem e seu ponto 5 10 15 20 de aplicação coincide com o centro do motor. Se dita intensidade de forças assim provocam um fenômeno de ressonância, elas podem ainda frear o eixo de acionamento. 0 fenômeno pode ser explicado com referência à figura 3.2.

Em um motor com quatro cilindros em linha, tanto o movimento linear dos êmbolos como o movimento angular das hastes de conexão são de um modo que o êmbolo que está se movendo na parte superior do cilindro (na direção do ponto morto superior) tem um deslocamento (b) ao longo do eixo do cilindro mais alto do que o deslocamento (a) do êmbolo movendo-se na parte inferior (na direção do ponto morto inferior), sendo o deslocamento angular do mesmo.

Essa diferença de deslocamento é de modo que o êmbolo movendo-se na parte superior gera uma força ao longo do eixo do cilindrico mais alto do que a força, que tem direção oposta, gerada pelo êmbolo movendo-se na parte inferior. A força resultante é como dito acima uma força de segunda ordem que gira em duas vezes a velocidade do eixo de acionamento.

Quanto maior o curso, e mais pesados são o êmbolo e a haste de conexão, mais importantes são as forças alternadas de segunda ordem a serem equilibradas.

Isto ocorre em particular nos motores que são parte da estrutura de mancai de carga do veiculo, como, por exemplo, 5 10 15 20 em um trator ou em máquinas de terraplenagem. Certamente, nestes casos o motor produz fortes vibrações que precisam ser equilibradas. Soluções apropriadas para amortecer as vibrações induzidas pelas forças alternadas de segunda ordem em um motor com quatro cilindros em linha são conhecidas na técnica, aplicando massas excêntricas de modo que seu centro de gravidade está tão próximo quanto possivel ao centro do motor.

Em um exemplo de solução conhecida (figura 4), dois eixos de contrarrotação são aplicados, acionados pelo eixo de acionamento e girando em duas vezes sua velocidade, do tipo "distribuído" ao longo de todo o comprimento do motor. Tal solução tem problemas que derivam de seu peso e de sua massa.

Em outro exemplo de solução conhecida, um sistema do tipo mostrado nas figuras 5.1 e 5.3 é aplicado.

O sistema é fornecido com um coletor tendo um corpo rigido fechado 1, por exemplo, feito de ferro fundido, que contém dois eixos 2, 3 pivotados para as duas extremidades do coletor suportando os mesmos. Duas massas excêntricas 4, 5, com suas respectivas rodas de engrenagem 6, 7 engatando uma com a outra e, assim, determinando a contrarrotação, são montadas sobre os eixos por meio de mancais ou buchas apropriadas. Geralmente, o movimento do eixo de acionamento é transmitido a uma das duas rodas de engrenagem, por exemplo, 5 10 15 20 por meio de engrenagens. Além do mais, um sistema de canalização interno está geralmente presente a fim de trazer o óleo para lubrificar as duas massas de contrarrotação que giram em alta velocidade, tipicamente duas vezes a RPM do motor. O sistema total é fixado ao motor por parafusos.

Também, um sistema deste tipo conhecido na técnica tem problemas que derivam de seu peso e sua massa. Por exemplo, o coletor é um corpo rigido feito de ferro fundido, assim, muito pesado e volumoso. A pré-montagem de tal sistema é demorada e, consequentemente, tem altos custos de produção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

Portanto, o objetivo da presente invenção é superar todos os inconvenientes mencionados acima e fornecer um sistema de massa de contrarrotação configurado para ser aplicado a um motor de combustão interna com quatro cilindros em linha para equilibrar as forças alternadas de segunda ordem geradas sobre o eixo de acionamento de dito motor, tendo um peso, massa, custos mais baixos.

A idéia na base da presente invenção é realizar um sistema de massa excêntrico de contrarrotação projetando-se a partir dos lados opostos de um suporte central. O sistema é preferivelmente aplicado no centro sob o eixo de acionamento.

Este sistema é consideravelmente mais simples do que os 5 10 15 20 sistemas conhecidos na técnica, desde que as massas excêntricas projetam-se a partir dos dois lados de um suporte central que é muito simples e compacto.

A presente invenção refere-se e, particular a um sistema de massa de contrarrotação configurado para ser aplicado a um motor de combustão interna com quatro cilindros em linha para equilibrar as vibrações produzidas por dito motor, e o motor com quatro cilindros em linha compreendendo dito sistema, como descrito mais completamente nas reivindicações, que são uma parte integral da presente descrição.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

Outros fins e vantagens da presente invenção se tornarão claros a partir da seguinte descrição detalhada de uma modalidade preferida (e suas modalidades alternativas) e os desenhos que são anexados à mesma, que são meramente ilustrativos e não limitativos, em que: as figuras 1 e 2 mostram uma esquematização de, respectivamente, motores com três cilindros em linha e com cinco cilindros em linha; as figuras 3.1 mostram uma esquematização de um motor com quatro cilindros em linha; as figuras 3.2 mostram uma esquematização do movimento de um êmbolo no motor com quatro cilindros em linha; a figura 4 mostra uma esquematização de um sistema de 5 10 15 20 equilíbrio do tipo conhecido na técnica, descrito acima, que pode ser aplicado a um motor com quatro cilindros em linha; as figuras 5.1 e 5.2 mostram outro sistema de equilíbrio do tipo conhecido na técnica, como descrito acima, que pode ser aplicado a um motor com quatro cilindros em linha, respectivamente, de acordo como uma vista montada e uma vista explodida; as figuras 6 e 7 mostram uma primeira modalidade de um sistema de massa de contrarrotação de acordo com a presente invenção, que pode ser aplicado a um motor com quatro cilindros em linha, respectivamente, de acordo com uma vista montada e uma vista explodida; as figuras 8, 9 e 10 mostram ainda vistas do sistema das figuras 6 e 7, respectivamente, de acordo com uma seção longitudinal no plano das massas, de acordo com uma seção transversal em correspondência com o centro do suporte, e de acordo com uma vista em um plano; as figuras 11 e 12 mostram uma segunda modalidade de uma sistema de massa de contrarrotação de acordo com a presente invenção, que pode ser aplicado a um motor com quatro cilindros em linha, com mancais de rolamento substituindo buchas de deslizamento, respectivamente de acordo com uma vista explodida e uma vista em seção transversal; a figura 13 mostra um exemplo de colocação do sistema 5 10 15 20 que é o objeto da invenção em um motor com quatro cilindros em linha. Nas figuras, os mesmos números e letras de referência identificam os mesmos elementos ou componentes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES PREFERIDAS DA INVENÇÃO

Como dito acima, a idéia na base da presente invenção é realizar um suporte central que tem baixo peso, baixa massa, com as massas excêntricas de contrarrotação projetando-se a partir dos dois lados do suporte.

Com referência às figuras de 6 a 13, um suporte central 21 é mostrado, apropriado para suportar dois pares de massas excêntricas de contrarrotação 22, 23 e 24, 25, estando em lados opostos do suporte.

As massas excêntricas 22 e 23 em um lado do suporte são retidas pelos respectivos cubos 26, 27, nos quais os meios de acionamento da rotação da massa são fixados. Neste exemplo, eles compreendem engrenagens de roda 28 e 29, apropriadas para engatar uma com a outra para determinar a contrarrotação das massas.

As massas excêntricas 24 e 25 a partir do outro lado do suporte são retidas pelos eixos respectivos 30,31.

O suporte 21 é fornecido com dois orificios transversais de passagem 32 e 33, que permitem aos eixos 30 e 31 passarem através, tais eixos sendo coaxialmente fixados aos cubos 26, 5 10 15 20 27 das respectivas massas no lado oposto, por exemplo, por meio de parafusos de aperto 34, 35.

A fim de assegurar a rotação correta e impedir atrito, um retrocesso apropriado é realizado entre os lados laterais do suporte e os lados dos cubos e dos eixos que faceiam os mesmos. Além do mais, rebordos apropriados 30', 31' estão presentes sobre as bordas dos eixos;

A fim de garantir a fase de rotação correta, pinos de centralização 38, 39 estão preferivelmente presentes e encaixam-se em orificios cegos apropriados nos lados terminais dos eixos 30, 31 e em pontos de contato correspondente dos cubos 26, 27.

As buchas 36, 37 estão preferivelmente presentes e são inseridas nos orificios 32, 33 a fim de facilitar a rotação dos eixos 30, 31 e minimizar o atrito.

O suporte compreendendo os elementos descritos acima é fixado ao motor por parafusos 40, e uma engrenagem apropriada do eixo de acionamento (não mostrada nas figuras), conectada a uma das rodas de engrenagem, aciona a rotação das massas.

Um coletor de proteção inferior 41 é fixado ao suporte 21, por exemplo, por meio de parafusos 42.

Com referência à figura 9, uma canalização 43 interna ao suporte 21 pode estar presente a fim de trazer o óleo lubrificante para as buchas 36, 37, que são preferivelmente 5 10 15 20 fornecidos com uma ranhura colocada em correspondência com a canalização a fim de facilitar a introdução do óleo. Um tampão 44 pode ser aplicado a partir do exterior a fim de fechar o acesso externo à canalização. Um orificio 45 também pode estar presente no lado superior do suporte 21, a fim de conectar a canalização de óleo 43 para uma distribuição de óleo apropriada sobre o cárter do motor, confrontando com a unidade de massa.

Em uma modalidade alternativa possivel mostrada com referência às figuras 11 e 12, os mancais de rolamento 71, 72 podem estar presentes em vez das buchas. Neste caso, a lubrificação pode ser desnecessária e, portanto, é possivel impedir a canalização interna do suporte.

Além do mais, a fim de assegurar a transmissão de um torque mais alto, se necessário, e para assegurar a fase de rotação correta das massas, as partes elevadas 73, 74 podem estar presentes, por exemplo, sobre o lado terminal dos eixos 30, 31, ajustando-se em correspondência aos recessos 75, 76 nos cubos suportando as massas. Naturalmente, o arranjo oposto das partes elevadas e dos recessos também é possivel.

A figura 13 mostra um exemplo da colocação do sistema que é o objeto da invenção em um motor com quatro cilindros em linha. O sistema, indicado totalmente pela referência 131, é colocado no centro sob o eixo de acionamento 132. O suporte 5 10 15 20 21 é fixado pelos parafusos 40 à parede fixa do motor (não mostrada nas figuras) sob o banco de suporte central 133. Uma engrenagem especialmente fornecida 135 está presente sobre o eixo de acionamento e gera a rotação da roda de engrenagem 28 do sistema, de modo gue a massa gira em duas vezes a frequência do eixo de acionamento.

O número 134 indica o perfil do coletor de óleo, que contém também o sistema 131. O coletor de proteção inferior 41 pode não estar presente, como neste caso.

A posição central do sistema é preferida, uma vez que ela simplifica o projeto, fabricação e instalação do sistema, uma vez que as massas excêntricas podem ter a mesma magnitude nos dois lados opostos do suporte. O sistema também pode ser instalado em uma posição descentralizada, mais próxima a um lado do eixo de acionamento. Neste caso é necessário recalcular o equilíbrio das massas de rotação, proporcionalmente à magnitude do deslocamento lateral.

Comparado aos sistemas conhecidos na técnica, um coletor pesado e volumoso tendo um corpo rigido não é mais necessário para suportar as massas, em vez disso existe somente um suporte central 21, que pode ser feito de um material mais leve, por exemplo, aluminio, que é fixado ao cárter.

O coletor inferior 41 possivelmente presente não tem qualquer função de mancai de carga, mas ele apenas tem uma 5 10 15 20 função de proteção, e, portanto, pode ser feito de um material mais leve também, tal como placa de metal ou de plástico. Além do mais, a vedação hermética do coletor não é necessária, embora no sistema conhecido na técnica o coletor de corpo rigido é hermeticamente vedado.

O acionamento de rotação das massas por meio de engrenagens e engrenagens de roda pode ser substituído por um acionamento diferente, por exemplo, por meio de correias e polias ou cadeia.

As massas de contrarrotação em um lado do suporte estão em fase com as no outro lado, e elas não têm necessariamente a mesma forma, mas podem ser diferentes.

As massas têm que ser feitas de um material que resista a alta RPM, por exemplo, ferro fundido de serviço elevado ou aço estampado.

Será evidente aos peritos na técnica que outras modalidades alternativas e equivalentes da invenção podem ser concebidas e reduzidas na prática sem sair do escopo da invenção.

As vantagens que derivam do uso desta invenção são evidentes, com respeito às soluções conhecidas na técnica.

A nova solução é compacta e simples, com um suporte monolítico e maquinário simples substituindo um caso complexo; assim o peso total é notavelmente reduzido, até em 50%, e a massa longitudinal também é reduzida, até em 20%.

A montagem é mais fácil, com uma redução considerável de custos. As massas são montadas a partir do exterior do suporte por meio de procedimentos simples e um número 5 reduzido de operações; ao contrário, nos sistemas conhecidos na técnica, massa, eixos e buchas têm que ser montadas a partir do interior do coletor usando procedimentos de montagem complexos e demorados.

Uma vez que o sistema é assim compacto, é possivel 10 integrar facilmente as funções adicionais ao sistema, tais como: coletor de óleo, mangueira de sucção, canalização de liberação de óleo para o cárter.

Mais oportunidades de padronização são possíveis.

A partir da descrição descrita acima será possivel para 15 o perito na técnica incorporar a invenção com nenhuma necessidade de descrever outros detalhes de construção.

Claims

1. Sistema de massa de contrarrotação para equilibrar as vibrações produzidas por um motor de um veiculo, o sistema caracterizado pelo fato de que compreende um suporte central (21) e massas excêntricas em contrarrotação (22, 23, 24, 25) projetando-se a partir de dois lados opostos do suporte, - as massas excêntricas (22, 23) em um lado do suporte são retidos por respectivos cubos (26, 27), em que os meios de acionamento de rotação em massa são fixados, apropriados para engatar uns com os outros a fim de determinar a contrarrotação de ditas massas; - as massas excêntricas (24, 25) no outro lado do suporte são retidas por seus respectivos eixos (30, 31); - o suporte (21) é fornecido com orifícios transversais de passagem (32, 33), que permitem a passagem de ditos eixos (30, 31) fixados coaxialmente aos cubos (26, 27) das respectivas massas no lado oposto, - os pinos de centralização (38, 39) estão presentes e ajustados em orifícios cegos apropriados sobre os lados terminais dos eixos (30, 31) e em pontos de contato correspondentes dos cubos (26, 27), a fim de garantir a correta fase de rotação das massas.

2. Sistema de massa de contrarrotação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ditos meios de controle de rotação em massa são rodas de engrenagem (28, 29) ou polias.

3. Sistema de massa de contrarrotação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um coletor de proteção inferior (41) fixado para o suporte (21).

4. Sistema de massa de contrarrotação, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato que compreende ainda buchas (36, 37) ou mancais de rolamento (71, 72) inseridos nos orificios (32, 33) do suporte, a fim de facilitar a rotação dos eixos (30, 31).

5. Sistema de massa de contrarrotação, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma canalização (43) interna ao suporte (21) a fim de trazer óleo lubrificante para ditas buchas (36, 37) ou mancais de rolamento (71, 72).