BR112018077401B1 - Motor a diesel de dois ciclos configurado para operação com superfícies de câmara de combustão de alta temperatura - Google Patents

Abstract

Um motor a diesel de injeção direta de 2 ciclos, configurado para acomodar diesel de baixo teor de cetano e combustíveis para aviação. O motor inclui câmaras de combustão com superfícies que funcionam a altas temperaturas durante a operação do motor para aumentar a taxa de combustão de combustíveis com baixo teor de cetano. O motor é ainda configurado para reduzir os tempos de partida em situações de frio e/ou baixa pressão, como as que ocorreram durante as tentativas de reiniciar um motor de avião em altitudes relativamente altas.

Description

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção geralmente se refere a um motor a diesel de dois ciclos. Em particular, a invenção refere-se a uma nova configuração de motor a diesel que permite a operação do motor com temperaturas de superfície da câmara de combustão que permitem que o motor funcione adequadamente enquanto utiliza combusteis diesel com uma gama de cetano (também mencionado como hexadecano). A configuração do motor também permite a reinicialização do motor a baixas pressões atmosféricas do tipo experiência ao usar o motor para aplicações de aviação. O documento EP2290218 descreve um motor de combustão interna, particularmente, um motor de aeronave a diesel de dois tempos. O motor inclui uma conexão de pino/biela de pulso, um sistema de resfriamento para injetores de combustível, um arranjo de resfriamento de cabeça de cilindro, um arranjo de alimentação cruzada de camisa de resfriamento e um arranjo de vedação de combustão.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0002] Uma modalidade da invenção refere-se a um motor a diesel de dois ciclos para operar com altas temperaturas de superfície da câmara de combustão. O motor inclui um bloco de motor de alumínio incluindo pelo menos um cilindro, incluindo uma primeira porta de admissão e uma primeira porta de escape. O bloco do motor inclui um primeiro canal de fluxo de fluido para resfriar o bloco do motor e um segundo canal de fluxo de fluido localizado na porta de escape para resfriar a porção do cilindro próxima da porta de escape. O motor também inclui uma manga cilíndrica com uma extremidade superior e uma extremidade inferior, e fabricada a partir de um compósito metálico para incluir uma segunda porta de entrada e uma segunda porta de escape próxima da extremidade inferior. A luva sendo presa ao interior do cilindro com as portas de entrada estando em comunicação fluida e as portas de escape estando em comunicação fluida. O motor também inclui um conjunto de cabeças engatado com o bloco de motor, o conjunto de cabeças incluindo um terceiro canal de fluxo de fluido de resfriamento. O motor também inclui um conjunto de injetor de combustível incluindo uma ponta do injetor. O conjunto é suportado pelo conjunto de cabeça. O conjunto do injector incluindo um canal de fluxo de combustível entre uma fonte de combustível e a ponta do injetor, um canal de retorno de combustível entre a ponta do injector e a fonte de combustível e um canal de combustível de resfriamento entre a ponta do injetor e a fonte de combustível. O motor também inclui uma placa de disparo de aço inoxidável apoiada resilientemente entre a extremidade superior da manga do cilindro e o conjunto de cabeça para cooperar com o conjunto do injector de combustível para fechar a extremidade superior da manga do cilindro. O motor também inclui um eixo de manivela acoplado a uma biela. O motor também inclui um pistão de alumínio tendo uma coroa de liga de titânio, estando o pistão localizado dentro da manga. O pistão conectado à biela para mover a coroa entre o topo da manga do cilindro e abaixo da segunda entrada e portas de escape. O motor também inclui um turbocompressor, incluindo uma turbina acoplada às portas de escape e um compressor. O compressor inclui uma entrada acoplada a um filtro de ar e uma saída. O motor também inclui um supercompressor, incluindo um compressor acoplado à saída do compressor e às portas de entrada.

[0003] Outra modalidade da invenção refere-se a um motor a diesel de dois ciclos para operar com altas temperaturas de superfície da câmara de combustão. O motor inclui um bloco de motor de alumínio incluindo pelo menos quatro cilindros, incluindo uma primeira porta de admissão e uma primeira porta de escape. O bloco do motor incluindo um primeiro canal de fluxo de fluido para resfriar o bloco do motor e um segundo canal de fluxo de fluido localizado nas portas de escape para resfriar as porções dos cilindros próxima das portas de escape. O motor também inclui pelo menos quatro mangas de cilindro, cada uma com uma extremidade superior e uma extremidade inferior. As mangas de cilindro fabricadas a partir de um compósito de metal incluem, cada uma, uma segunda porta de entrada e uma segunda porta de escape próximas das extremidades inferiores. A luva sendo presa ao interior de um respectivo cilindro com as portas de entrada estando em comunicação fluida e as portas de escape estando em comunicação fluida. O motor também inclui pelo menos quatro conjuntos de cabeça engatados com o bloco do motor, cada um incluindo um terceiro canal de fluxo de fluido de resfriamento. O motor também inclui pelo menos quatro conjuntos de injetor de combustível, cada um incluindo uma ponta de injetor. Cada um dos conjuntos é suportado por um respectivo conjunto de cabeças. Os conjuntos do injector cada um incluindo um canal de fluxo de combustível entre uma fonte de combustível e a ponta do injetor, um canal de retorno de combustível entre a ponta do injector e a fonte de combustível e um canal de combustível de resfriamento entre a ponta do injetor e a fonte de combustível. O motor também inclui pelo menos quatro placas de disparo de aço inoxidável. Cada uma das placas de disparo é suportada resilientemente entre o topo das respectivas mangas de cilindro e os conjuntos de cabeça para cooperar com o conjunto de injector de combustível para fechar a extremidade superior de uma respectiva manga de cilindro. O motor também inclui um eixo de manivela acoplado a pelo menos quatro bielas. O motor também inclui pelo menos quatro pistões de alumínio, cada um com uma coroa de liga de titânio. Os pistões estão localizados dentro de uma respectiva manga e conectados a uma respectiva biela para mover a coroa entre a parte superior da manga do cilindro e abaixo das segundas portas de admissão e escape. O motor também inclui um turbocompressor incluindo uma turbina acoplada a pelo menos uma das portas de escape. O turbocompressor também inclui um compressor incluindo uma entrada acoplada a um filtro de ar e uma saída. O motor também inclui um supercompressor, incluindo um compressor acoplado à saída e pelo menos uma das portas de entrada.

[0004] Outra modalidade da invenção refere-se a uma unidade de motor. A unidade do motor inclui um bloco do motor incluindo pelo menos um cilindro. O pelo menos um cilindro inclui uma primeira porta de admissão e uma primeira porta de escape. O bloco do motor inclui um primeiro canal de fluxo de fluido para resfriar o bloco do motor e um segundo canal de fluxo de fluido localizado na porta de escape para resfriar a porção do cilindro próxima da porta de escape. O segundo canal de fluxo de fluido inclui um primeiro ramo passando sobre a porção superior da primeira porta de escape e um segundo ramo passando sob a porção inferior da primeira porta de escape. A unidade de motor também inclui uma manga de cilindro com uma extremidade superior e uma extremidade inferior. A extremidade superior e inferior é fabricada a partir de um composto metálico para incluir uma segunda porta de entrada e uma segunda porta de escape próxima da extremidade inferior. A luva é presa ao interior do cilindro com as portas de entrada estando em comunicação fluida e as portas de escape estando em comunicação fluida. A unidade do motor também inclui um conjunto de cabeça acoplado ao bloco do motor. O conjunto da cabeça inclui roscas para engatar a cabeça no bloco do motor e incluir um terceiro canal de fluxo do fluido de resfriamento. A unidade de motor também inclui um conjunto de injetor de combustível incluindo uma ponta do injetor. O conjunto é suportado pelo conjunto de cabeça. O conjunto do injetor inclui um canal de fluxo de combustível entre uma fonte de combustível e a ponta do injetor, um canal de retorno de combustível entre a ponta do injector e a fonte de combustível e um canal de combustível de resfriamento entre a ponta do injetor e a fonte de combustível. A unidade do motor também inclui uma placa de disparo de aço inoxidável. A unidade do motor também inclui uma arruela belleville defletida. A arruela belleville está localizada entre o conjunto da cabeça e a placa de disparo de aço inoxidável. A unidade do motor também inclui uma arruela de vedação. A arruela de vedação está localizada entre a chapa de aço inoxidável e a extremidade superior da manga do cilindro. A arruela de vedação, a placa de disparo e o conjunto do injetor de combustível estão dispostos para fechar a extremidade superior da manga do cilindro. A unidade de motor também inclui um eixo de manivela acoplado a uma biela. A unidade do motor também inclui um pistão de alumínio tendo uma coroa de liga de titânio. O pistão está localizado dentro da manga e conectado à biela para mover a coroa entre o topo da manga do cilindro e abaixo da segunda entrada e portas de escape. A unidade do motor também inclui um pino de cruzeta apoiado em suas extremidades e centralizado pelo pistão. A extremidade da biela inclui uma sela que envolve menos de 180 graus do pino de cruzeta e é presa ao pino de cruzeta. A unidade de motor também inclui um turbocompressor incluindo uma turbina acoplada às portas de escape e um compressor incluindo uma entrada acoplada a um filtro de ar e uma saída. A unidade de motor também inclui um supercompressor, incluindo um compressor acoplado à saída do compressor e às portas de entrada.

[0005] Modalidades exemplificativas alternativas referem-se a outras características e combinações de características, como pode ser geralmente descrito nas reivindicações.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0006] O presente pedido será mais completamente compreendido a partir da descrição detalhada que se segue, tomada em conjunto com as figuras anexas, em que números de referência semelhantes referem-se a elementos semelhantes em que:

[0007] A Figura 1 é uma vista em elevação de um motor de combustão interna no qual a presente invenção é usada.

[0008] A Figura 2 é uma vista em corte ao longo da linha II - II ilustrando uma cabeça de cilindro, um cilindro, um pistão e uma biela do motor da Figura 1.

[0009] A Figura 3a é uma vista em corte transversal ao longo da linha III-III da Figura 2.

[0010] A Figura 3b é uma vista em perspectiva superior de uma coroa do pistão da Figura 2

[0011] A Figura 3c é uma vista em perspectiva da seção transversal do pistão e da coroa da Figura 2

[0012] A Figura 4 é um esquema de um sistema de injeção de combustível para o motor da Figura 1.

[0013] A Figura 5 é uma vista em corte transversal ao longo da linha VII-VII da Figura 8. A Figura 5 é também uma vista ampliada de uma porção da Figura 2 ilustrando em maior detalhe o cilindro, a cabeça do cilindro, o injector de combustível e a tampa de resfriamento.

[0014] A Figura 6 é uma vista em perspectiva de um corpo de injetor de combustível do motor da Figura 1.

[0015] A Figura 7 é uma vista em corte transversal ao longo da linha V-V da Figura 6.

[0016] A Figura 8 é uma vista superior da Figura 5.

[0017] A Figura 9 é uma vista em elevação de outro motor de combustão interna no qual a presente invenção é usada.

[0018] A Figura 10 é uma vista parcial em corte de uma parte do motor mostrada na Figura 9.

[0019] A Figura 11 é uma vista em perspectiva explodida de certos componentes do motor da Figura 9 e como mostrado adicionalmente na Figura 10.

[0020] A Figura 12 é uma vista ampliada de uma porção da Figura 10.

[0021] A Figura 13 é uma vista de topo de uma cabeça de cilindro e tampa de resfriamento de acordo com outra modalidade da invenção.

[0022] A Figura 14 é uma vista em corte transversal ao longo da linha XV— XV da Figura 13.

[0023] A Figura 15 é uma vista de cima para baixo do bloco do motor, tendo as cabeças do cilindro removidas e cortadas para ver o percurso do fluxo do sistema de resfriamento do tubo de escape.

[0024] A Figura 16 é uma vista em corte transversal ao longo da linha XVI— XVI da Figura 15.

[0025] A Figura 17 é uma vista em perspectiva de um regulador de pressão do cárter do motor da Figura 1.

[0026] A Figura 18 é uma vista lateral em corte transversal parcial do regulador de pressão do cárter da Figura 17 ao longo da linha III—III da Figura 17.

[0027] A Figura 19 é um diagrama de fluxo de óleo do motor da Figura 1.

[0028] A Figura 20 é um diagrama de fluxo de ar do motor da Figura 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0029] A configuração do motor discutida em detalhes a seguir usa várias combinações de configurações de componentes do motor e materiais que permitem a operação de um motor usando temperaturas de combustão que permitem que o motor funcione adequadamente ao usar combustíveis diesel com diferentes teores de cetano. De particular preocupação são os combustíveis diesel com baixos níveis de cetano. Por exemplo, o padrão ASTM D1655 para o tipo de combustível Jet A não controla os níveis de cetano, o que resulta em alta variação de cetano entre diferentes fontes do mesmo tipo de combustível Jet A. O número de cetano é um indicador da velocidade de combustão do combustível diesel, tipicamente medida pelo período de tempo entre o início da injeção e o primeiro aumento de pressão identificável durante a combustão do combustível diesel. Combustíveis com maiores teores de cetano terão períodos de retardamento de ignição mais curtos do que combustíveis com menos teores de cetano. A título de referência, a característica "batida" do diesel ocorre quando o combustível que foi injetado no cilindro se inflama após um atraso, causando uma onda de choque tardia. Minimizar esse atraso resulta em menos combustível não queimado no cilindro e menos impacto intenso. Portanto, o combustível com alto teor de cetano geralmente faz com que o motor funcione de forma mais suave e silenciosa.

[0030] Geralmente, os motores a diesel operam bem usando combustível diesel com um número de cetano entre 40 e 55. Na Europa, o número de cetanos do diesel foi fixado em no mínimo 38 em 1994 e 40 em 2000. O mínimo atual na UE é um número cetano de 51. Na América do Norte, a maioria dos estados adotou um número mínimo de cetano para o diesel de 40, com valores típicos na faixa de 42-45. A título de exemplo, a Califórnia exige que o diesel tenha um mínimo de cetano de 53.

[0031] Uma modalidade do motor é configurada para uso como um motor de aeronave. Quando usados em aeronaves, os combustíveis diesel disponíveis em vários aeroportos variam e podem ter níveis de cetano que são baixos o suficiente para produzir baixo desempenho do motor. No entanto, os atrasos de ignição causados por baixos níveis de cetano podem, dentro de uma faixa, ser compensados aumentando as temperaturas de combustão de um motor a diesel. Entretanto, aumentar a temperatura da superfície de combustão para um nível efetivo para produzir tal compensação não é meramente uma questão de apenas permitir que um motor trabalhe mais quente. Em vez disso, o aumento da temperatura requer um motor configurado para fornecer a remoção de calor adequada do motor, permitindo temperaturas aumentadas localizadas em uma câmara de combustão configurada para operar em temperaturas mais altas e configurada para causar mistura e movimento/fluxo de uma mistura ar- combustível para melhorar a ignição a uma determinada temperatura. A nova configuração de motor divulgada aqui proporciona um motor a diesel de dois ciclos que pode funcionar adequadamente em níveis de cetano tão baixos quanto 28.

[0032] É ilustrado na Figura 1 um motor de combustão interna 10. O motor 10 é um motor a diesel de dois tempos que tem quatro cilindros 22 em um arranjo do tipo V operável para acionar uma hélice 411 (ver Figura 20). O motor 10 (e a versão 310 discutida mais abaixo) geralmente é um motor de quatro cilindros em que o combustível diesel é diretamente injetado diretamente na parte superior e no centro de cada cilindro. Uma característica estrutural do motor 10, que permite esta injeção direta, é que o motor 10 não inclui válvulas de escape ou de admissão. Pelo contrário, os orifícios de admissão e de escape estão localizados nas paredes do cilindro e da manga, de modo que o motor 10 esgota e inunda ar fresco de combustão quando o pistão 26, 330 está no fundo ou perto do fundo do seu curso. Para melhorar o desempenho e a eficiência do motor 10, são utilizados um supercompressor 1, um intercooler 2 e um turbocompressor 3 (mostrados esquematicamente nas Figuras 1 e 9). Em particular, o turbocompressor 3 é acoplado às portas de escape e alimentado pela energia de escape dos cilindros. O supercompressor 1 está localizado entre os cilindros 22 e é acoplado entre as portas de entrada do motor 10 para pressurizar ainda mais o ar fresco que entra nos cilindros do motor 10 durante a operação. O Intercooler 2 é acoplado à saída do turbocompressor 3 e à entrada do supercomprenssor 1. Além de melhorar o desempenho do motor, a adição do supercompressor 1 em combinação com o turbocompressor 3 e o intercooler 2 reduz o tempo de partida e reinício do motor. Em uma modalidade, o supercompressor 1 inicia o fluxo de gás no motor 10 e impulsiona o turbocompressor 3, o que diminui a quantidade de trabalho necessária do supercompressor 1. Como exemplo específico, para aplicações em aeronaves, os motores podem precisar ser reiniciados durante o vôo. Nessa situação, tempos de reinicialização curtos são desejáveis. O ideal é que os tempos de reinicialização sejam menores do que o tempo que um avião leva para fazer um pouso não intencional.

[0033] Referindo-se a Figura 2, o bloco de motor 14 define, pelo menos parcialmente, um cárter 18 e dois conjuntos de dois cilindros (apenas dois dos cilindros 22 são mostrados na Figura 1 e estão marcados 22a e 22b. A menos que uma descrição exija referência específica a um cilindro em particular, os cilindros serão mencionados apenas com o numeral de referência “22”). Os quatro cilindros 22 são geralmente idênticos e apenas um cilindro será descrito em detalhe. Um virabrequim (não mostrado) é suportado rotativamente dentro do cárter 18 por mancais lubrificados por pressão. Um pistão 26 alterna no cilindro 22 e é conectado ao virabrequim através da biela 30. Quando o pistão 26 se move alternadamente dentro do cilindro 22, o virabrequim roda.

[0034] A biela 30 inclui uma primeira extremidade 34 que está ligada à ao virabrequim. A biela 30 inclui ainda uma segunda extremidade 38 que inclui uma porção arqueada 42 que não envolve completamente um pino de cruzeta 46. De preferência, a porção arqueada 42 da biela 30 tem uma extensão arqueada que é aproximadamente ou ligeiramente inferior a 180 graus. O pino de cruzeta 46 tem uma parede anular 50 incluindo uma superfície interna cilíndrica 54 (Figura 3a) e uma superfície externa cilíndrica 58, que engata na porção arqueada 42 da biela 30, e está articuladamente conectada ao pistão 26. Uma pluralidade de fixadores 62 se estende através da parede anular 50 do pino de cruzeta 46 e em uma inserção de pino de cruzeta 66 (ver também, Figura 3a) para prender o pino de cruzeta 46 à porção arqueada 42 da biela 30. De preferência, a inserção de pino de cruzeta 66 é um pino de cruzeta cilíndrico ou de munhão. O uso de um pino de cruzeta tipo munhão aumenta a área de rolamento disponível. De preferência, os fixadores 62 são parafusos e roscados na inserção do pino de cruzeta. Esta disposição de biela permite que a porção superior do pistão tenha mais uniformidade do que uma disposição de biela em que a extremidade 38 circunda o pino de pulso 46. Na disposição em que a extremidade 38 rodeia o pino de cruzeta associado 38, o material é removido da porção superior do pistão 26. O material removido altera as características de deformação do pistão 26 quando é aquecido e resfriado durante o funcionamento do motor durante períodos transitórios ou quando o motor percorre o seu ciclo de combustão de diesel.

[0035] Adicionalmente, como mostrado na Figura 3a, onde a extremidade superior ou segunda 38 da biela 30 não circunda o pino de cruzeta 46, o pistão 26 agarra o pino de cruzeta 46 ao longo de todo o topo do pino de cruzeta 46, desse modo mais uniformemente distribuindo a carga no pino de cruzeta 46. O uso da inserção de pino de cruzeta 66 aumenta ainda mais a força e a estabilidade do pino de cruzeta 46. O balanço forçado do pino de cruzeta 46 à medida que a biela 30 gira e a área de superfície de apoio aumentada do pino de cruzeta 46 minimiza o desgaste desigual na superfície de apoio do pino de cruzeta 46 durante a operação do motor 10.

[0036] Referindo-se agora mais especificamente a parte superior do pistão 26, a Figura 3b é uma vista em perspectiva superior de uma coroa 27 do pistão 26 e a Figura 3c é uma vista em perspectiva da seção transversal do pistão mostrando a configuração da coroa 27. Em particular, a coroa 27 inclui as ranhuras arqueadas 29. As ranhuras 29 provocam uma mistura melhorada da mistura de ar combustível durante a combustão inicial da mistura, o que aumenta a velocidade de combustão para combustível com um dado nível de cetano. Quando combinadas com as outras características estruturais do motor 10, as ranhuras 29 melhoram o desempenho do motor 10 ao queimar combustíveis diesel com baixo teor de cetano.

[0037] Como discutido acima, o desempenho do motor para combustíveis com um determinado nível de cetano também é melhorado se as temperaturas superficiais das superfícies definem a câmara de combustão interna (geralmente mencionada como 74 nas Figuras 2, 5, 12 e 14, e como 350 na Figura 10) são mantidos suficientemente altos. Por conseguinte, estas superfícies devem ser fabricadas ou formadas a partir de materiais que sejam adequados para utilização em um motor a altas temperaturas de funcionamento. A primeira dessas superfícies é a superfície superior da coroa 27. Um material adequado para uso na fabricação da coroa 27 é um metal de titânio. A título de exemplo específico, para o motor 10 como divulgado aqui, é desejável utilizar um composto de titânio tal como Ti 6Al-4V. Esta liga exemplificativa em percentual em peso inclui Carbono (máximo 0,10%), Alumínio (5,50 a 6,75%), Vanádio (3,50 a 4,50%), Nitrogênio (aproximadamente 0,05%), Ferro (máximo 0,40%), Oxigênio (máximo 0,020%), Hidrogênio (máximo 0,015%), Outro (máximo 0,40%) e balanço como Titânio.

[0038] As ranhuras 29 são formadas no topo da coroa 27. Em uma modalidade, um moinho de extremidade esférico é usado para cortar as ranhuras 29. A coroa 27 é unida à saia 31 do pistão 26. Em uma modalidade, as roscas são formadas no interior da coroa 27 que estão configuradas para se encaixarem com as roscas formados na saia 31. A coroa 27 é ainda cravada em três locais diferentes. Por conseguinte, a forma e o material utilizados para a coroa 27 proporcionam uma das superfícies que definem o interior da câmara de combustão 74. Esta superfície foi concebida para melhorar a mistura do ar de combustível e ser utilizável a uma temperatura de superfície adequada para queimar combustíveis de cetano inferior.

[0039] Com referência à Figura 4, o motor 10 inclui quatro injetores de combustível 70a, 70b, 70c e 70d, um para cada cilindro 22. (A menos que uma descrição exija referência específica a um determinado injetor de combustível, os injetores de combustível serão referidos apenas com o número de referência “70.”) Os injectores de combustível 70 são substancialmente idênticos uns aos outros, e apenas um será descrito em detalhe. Referindo-se geralmente a Figura 5, o injetor de combustível 70, está localizado para injetar combustível em uma câmara de combustão 74 que tem uma superfície interna definida pelas superfícies da coroa do pistão 27, uma manga de cilindro 322 e placa de disparo 338. O injetor de combustível 70 inclui uma porca de injector de combustível 86 que é recebida por um furo cônico de tamanho apropriado em uma cabeça de cilindro 78. Dentro da porca do injetor 86 encontra-se uma ponta de injetor de combustível 90 que aloja um pino móvel sensível à pressão (não mostrado). A porca 86 e a ponta 90 definem uma saída de combustível principal 92 que se comunica com a câmara de combustão 74. Um corpo de injetor de combustível 82 é enroscado na extremidade superior da porca 86.

[0040] Referindo-se as Figuras 6 e 7, o corpo do injector de combustível 82 inclui um orifício de entrada de combustível principal 98 que se comunica com e transita para a passagem de combustível 106. Uma porta de resfriamento de entrada de combustível 110 se comunica com e transita para uma porta de resfriamento 118. Uma porta de saída de combustível de descarga de injetor 114 se comunica com e transita para a porta de saída 120. Embora não seja mostrado, o injetor de combustível inclui ainda um estabilizador de fluxo, uma válvula de retenção, um receptor de válvula de retenção, um mecanismo de mola e uma guia de mola, todos posicionados dentro de um espaço oco 94 da porca do injetor de combustível 86 entre o corpo 82 e a ponta 90. A adição da porta de resfriamento de entrada 110 e da porta de resfriamento 118 permite resfriar o injetor de combustível como descrito abaixo.

[0041] A Figura 4 ilustra um esquema de fluxo de combustível para um sistema de injeção de combustível 122. É mostrado o tanque de abastecimento de combustível 126, a linha de combustível 128, o filtro de combustível 130, a bomba de combustível 132 que inclui a bomba de fornecimento 134 e a bomba de alta pressão 138, e as linhas de combustível 142 ligadas às portas de entrada de combustível 98 dos corpos injetores 82 dos injetores 70. A linha de combustível 146 está ligada à porta de resfriamento 110 do injetor 70d. As portas 114 e 110 dos injetores 70d e 70c estão em comunicação fluida, as portas 114 e 110 dos injetores 70c e 70b estão em comunicação fluida e os orifícios 114 e 110 dos injetores 70b e 70a estão em comunicação fluida. A porta 114 do injetor 70a é conectada para retornar a linha de combustível 148. O combustível que flui através das portas 98, 110 e 114 se mistura no espaço 94 e fornece um fluxo de combustível através de pelo menos três locais no corpo do injetor 82 para manter o corpo do injetor a uma temperatura que é aproximadamente a temperatura média do combustível no espaço 94.

[0042] Com referência às Figuras 2, 5 e 10, pode-se observar que os injetores estão engatados e em contato térmico com a cabeça do cilindro 78, 342 e em contato térmico com a placa de disparo 338 (se usada). Como consequência, o resfriamento adicional fornecido pelas portas de resfriamento 110 e 118 permitem que o motor 10 opere com temperaturas de superfície relativamente altas nas superfícies da câmara 74. Sem essas portas, as temperaturas de superfície precisariam ser inferiores para evitar o superaquecimento do corpo 82 e do combustível que flui através do corpo 82. Proporcionando um injetor com resfriamento adicional, as temperaturas da câmara de combustão 74 para queimar combustíveis com menor teor de cetano são mais facilmente alcançadas. Além disso, o combustível de sobrecorrente aquecido aquecerá todo o combustível do sistema, o que serve para limitar a gelificação do combustível a temperaturas frias do tipo experimentado em climas frios ou em altas altitudes.

[0043] As Figuras 5 e 8 ilustram uma tampa de resfriamento 154 montada na cabeça do cilindro 78 para resfriar a cabeça do cilindro 78. A tampa de resfriamento 154 tem uma ranhura de refrigerante anular 158 que coincide com uma ranhura de refrigerante anular 162 da cabeça de cilindro 78 para definir uma passagem de resfriamento anular 166 quando a tampa de resfriamento 154 é montada na cabeça de cilindro 78. Em outras modalidades, tal como a modalidade que é ilustrada nas Figuras 9-12, apenas uma da tampa de resfriamento 154 e a cabeça do cilindro 78 inclui uma ranhura tal que a combinação da tampa de resfriamento 154 e a cabeça do cilindro 78 definem a passagem de resfriamento anular 166. A tampa de resfriamento 154 inclui uma porta de entrada 170 e porta de saída 174 que se comunica com a passagem de resfriamento anular 166, de forma que o fluido de resfriamento consegui fluir para a porta de admissão, através da passagem de resfriamento anular 166 e para fora da porta de saída 174, resfriando assim a cabeça do cilindro 78. Conforme usado nas reivindicações, "substancialmente anular" inclui um circuito fechado semelhante ao ilustrado nas Figuras 5 e 8, e um circuito parcial similar àquele ilustrado nas Figuras 9-12 (por exemplo, uma ranhura anular que é separada por um pino divisor ou projeção 406).

[0044] O bloco de motor 14 inclui uma camisa de resfriamento 178 com uma saída 182 e uma entrada (não mostrada). A tampa de resfriamento 154 é colocada na cabeça do cilindro 78 com a porta de entrada 170 alinhada com a porta de saída 182 da camisa de resfriamento 178 e a porta de saída 174 em alinhamento com a porta de entrada da camisa de resfriamento 178. Um primeiro tubo de transferência 186 se comunica entre a porta de entrada 170 da tampa de resfriamento 154 e a porta de saída 182 da camisa de resfriamento 178 e um segundo tubo de transferência (não mostrado) se comunica entre a porta de saída 174 da tampa de resfriamento 154 e a porta de entrada da camisa de resfriamento 178.

[0045] Como mostrado na figura 8, a porta de entrada 170 e a porta de saída 174 da tampa de resfriamento 154 não estão diametralmente opostas em volta da passagem de resfriamento anular 166. Assim, uma primeira porção da passagem de resfriamento anular 166 prolonga-se em uma direção a partir da porta de entrada 170 para a porta de saída 174 (representativamente representada como seta 190 na Figura 8) e uma segunda porção da passagem de resfriamento anular 166 prolonga-se em uma direção oposta da porta de entrada 170 para a porta de saída 174 (representativamente representada como seta 194 na Figura 8). A primeira porção da passagem de resfriamento anular 166 é mais curta em comprimento do que a segunda porção da passagem de resfriamento anular 166. A vazão através da passagem de resfriamento anular 166 em qualquer das direções é proporcional à distância percorrida. A primeira porção da passagem de resfriamento anular 166 é restringida. Deste modo, o fluido de resfriamento desloca-se em ambas as direções através da passagem de resfriamento anular 166 para resfriar a cabeça do cilindro 78.

[0046] A tampa de resfriamento 154 pode ser posicionada de modo ajustável em torno da cabeça do cilindro 78, de modo que a porta de entrada 170 e a porta de saída 174 sejam adequadamente alinhadas com as portas de entrada e saída associadas da camisa de resfriamento 178. Isto acomoda a cabeça do cilindro 78, que enrosca no bloco do cilindro ou no bloco do motor 14. O bloco de motor 14 inclui roscas fêmeas concêntricas com o cilindro 22, e a cabeça de cilindro 78 inclui roscas macho que engatam as roscas fêmeas do bloco de motor 14. Uma vez que a cabeça de cilindro 78 enrosca no bloco de motor 14, não se sabe exatamente onde a cabeça de cilindro 78 ficará localizada em relação ao corpo do motor. Logo que a tampa de resfriamento ajustável 154 esteja localizada corretamente na cabeça de cilindro 78, uma pluralidade de elementos de fixação 198, de preferência igualmente espaçados, atravessam o topo da tampa de resfriamento 154 para fixar a tampa de resfriamento 154 à cabeça de cilindro 78. Cada um dos elementos de fixação 198 tem extremidades opostas 202 e 206 e é preso à cabeça do cilindro 78 por um par de fixadores 210. Um fixador 210 está localizado na extremidade adjacente 202 e o outro fixador 210 está localizado na extremidade adjacente 206. De preferência, os fixadores 210 enroscam-se no topo da cabeça do cilindro 78. De preferência, a cabeça de cilindro 78 inclui uma pluralidade de conjuntos de orifícios roscados pré- perfurados, de tal modo que cada fixador 210 pode estar localizado em uma pluralidade de posições em relação à cabeça de cilindro 78. De preferência, a extremidade 202 de cada elemento de aperto 198 é recebida por uma ranhura anular 214 na porca do injetor de combustível 86, desse modo também fixando o injetor de combustível 70 à cabeça do cilindro 78.

[0047] Na modalidade ilustrada nas Figuras 5 e 8, o refrigerante flui inicialmente de uma bomba (não mostrada) para a camisa de resfriamento 178. Da camisa de resfriamento 178, o refrigerante flui através da porta de saída 182 da camisa de resfriamento 178 para o primeiro tubo de transferência 186, e depois para a porta de entrada 170 da tampa de resfriamento 154. A partir da porta de entrada 170, o refrigerante desloca-se através da passagem de resfriamento 166 para a porta de saída 174 da tampa de resfriamento 154, removendo o calor da cabeça de cilindro 78. O refrigerante flui então a partir da saída 174 da tampa de resfriamento 154 através do segundo tubo de transferência e da porta de entrada da camisa de resfriamento 178 para regressar à camisa de resfriamento 178. Da camisa de resfriamento 178, o refrigerante aquecido é devolvido à bomba do sistema de refrigerante a ser resfriado e devolvido à camisa de resfriamento 178.

[0048] Outra modalidade da tampa de resfriamento 154 está ilustrada nas Figuras 13 e 14. Esta modalidade é substancialmente semelhante à modalidade mostrada nas Figuras 5 e 8, exceto que a modalidade ilustrada nas Figuras 13 e 14 inclui um percurso de fluxo de refrigerante diferente. Os números de referência utilizados em relação à modalidade ilustrada nas Figuras 5 e 8 são também utilizados nas Figuras 13 e 14 para indicar componentes semelhantes.

[0049] Com referência às Figuras 13 e 14, o refrigerante flui inicialmente de uma bomba (não mostrada), através de um duto de fornecimento 172, e para dentro da camisa de resfriamento 178. Da camisa de resfriamento 178, o refrigerante flui para dentro e através da porta de saída 182 da camisa de resfriamento 178, através do primeiro tubo de transferência 186, através da porta de entrada 170 da tampa de resfriamento 154, e para a passagem de resfriamento anular 166. A partir da porta de entrada 170, o refrigerante desloca- se através da passagem de resfriamento 166 na direção da seta 194 para a porta de saída 174 da tampa de resfriamento 154, removendo o calor da cabeça de cilindro 78. Nessa modalidade, o refrigerante é bloqueado a partir do fluxo na direção da saída 174 em uma direção oposta à seta 194. O refrigerante flui então da saída 174 da tampa de resfriamento 154 através de um segundo tubo de transferência 184 e para uma porta de retorno 188. A partir da porta de retorno 188, o refrigerante é dirigido de volta para a bomba através da linha de retorno 192 a ser arrefecida e retornado à camisa de resfriamento 178 através do duto de fornecimento 172. Como acabado de descrever, o refrigerante flui para a camisa de resfriamento 178, depois flui para a tampa de resfriamento 154 e depois regressa à bomba. Em contraste, o refrigerante usado com a modalidade ilustrada nas Figuras 5 e 8 flui para a camisa de resfriamento 178, então flui para dentro da tampa de resfriamento 154, em seguida flui de volta para a camisa de resfriamento 178, e finalmente retorna para a bomba.

[0050] Em uma modalidade do motor 10, uma passagem de resfriamento de alimentação cruzada estende-se entre as respectivas camisas de resfriamento para os cilindros do motor que proporcionam um fluxo de fluido de resfriamento entre as camisas de resfriamento. A passagem de resfriamento de alimentação cruzada pode ser perfurada através da porção do bloco de motor 14 que suporta o suporte de apoio principal para o virabrequim. Se um termostato se comunicando com as camisas de resfriamento 178 falhar, a passagem de resfriamento de alimentação cruzada permite que o fluido de resfriamento continue a fluir para minimizar ou evitar danos à respectiva cabeça do cilindro. A passagem de refrigeração de alimentação cruzada também reduz o gradiente térmico entre as cabeças do cilindro e o cárter inferior do motor para reduzir a distorção do bloco de alumínio devido a gradientes de temperatura inaceitáveis e, assim, aumentar a vida útil do motor.

[0051] É ilustrado na Figura 9 outra modalidade do motor, referenciada como motor 310. Nesta modalidade, uma manga cilíndrica 322 é posicionada dentro do cilindro 318. A manga 322 pode ser uma manga de alumínio que é encaixada por contração no cilindro 318 e unida ao bloco de motor 314 com uma resina epóxi tendo um enchimento de alumio. A manga 322 inclui um ressalto 326. Um pistão 330 alterna dentro da manga 322. De preferência, a manga seria fabricada a partir de uma matriz metálica para fornecer uma superfície interna resistente ao desgaste em temperaturas de superfície que permitem uma combustão eficiente de combustíveis a diesel com teor relativamente baixo de cetano. Um exemplo de tal matriz é um composto de alumínio 10S4G. A aplicação-10S4G usa um carboneto de silício (SiC) em partículas e uma grafite revestida com níquel (Ni) para maior resistência ao desgaste, lubrificação contínua e boa resistência a altas temperaturas. A liga de base da matriz em percentual em peso é composta por Silício (8,5-9,5%), Ferro (0,20% máximo), Cobre (0,20% máximo), Manganês (0,10% no máximo), Magnésio (0,45-0,65%), Zinco (0,10% no máximo), Titânio (0,20% no máximo), Outra matéria (máximo de 0,05% cada e total máximo de 0,15), Alumínio (% restante). Para formar o composto final, a grafite revestida com SiC e Ni é adicionada à liga de base. Em uma modalidade, o SiC é 10% em volume e tem nominalmente 30 mícrons de diâmetro, e a grafite revestida com Ni (por exemplo, Novamet 60% NCG) é de 4% em volume. Então, o composto combinado é termicamente tratado com solução e precipitação. O composto final após o tratamento tem propriedades específicas de tensão e rendimento. Quando medido à temperatura ambiente, o compósito final tem uma resistência à tração mínima de 33 KiloPounds por polegada quadrada (KSI) e um rendimento mínimo de 27 KSI. Quando medido em aproximadamente 300 graus Fahrenheit, o compósito final tem uma resistência à tração mínima de 23 KSI e um rendimento mínimo de 20 KSI.

[0052] Como outra alternativa adequada, a manga 322 seria fabricada em alumínio com uma superfície interna revestida de aço. Essas modalidades fornecem uma outra porção da superfície interna da câmara de combustão 74 que pode ser mantida a temperaturas relativamente elevadas durante o funcionamento do motor para proporcionar um desempenho melhor do motor com combustíveis diesel com teor relativamente baixo de cetano. A título de exemplo, o revestimento de aço da manga 322 é de preferência realizado com cabo de aço utilizado em um processo de arco transferido por plasma. Depois da quantidade apropriada de aço ser aplicada à superfície interna da manga 322, a superfície é afiada para utilização com um conjunto de pistão e anel apropriados.

[0053] Referindo-se às Figuras 10-12, uma junta 334 é posicionada no ressalto 326 da manga 322. Em uma modalidade, a junta 334 é uma junta de cobre. Como será melhor explicado abaixo, a junta 334 atua como um mecanismo de vedação e um dispositivo de calço.

[0054] A placa de disparo 338 está posicionada entre uma cabeça de cilindro 342 e a junta 334. Um lado inferior 346 da placa de disparo 338 coopera com a coroa 27 do pistão 330 e a manga 322 para definir uma câmara de combustão 350. Uma borda anular 354 na placa de disparo 338 recebe um O-ring 358 para proporcionar uma vedação entre a parede lateral 356 da placa de disparo 338 e o cilindro 318. Em uma concepção, a cabeça do cilindro 342 é feita de alumínio e a placa de disparo 338 é feita de aço inoxidável que fornece uma superfície para a câmara 350 que é adequada para uso em uma temperatura relativamente alta durante a operação do motor.

[0055] Uma mola de cabeça 362 está posicionada entre a cabeça de cilindro 342 e a placa de disparo 338. Um lado inferior 366 da cabeça de cilindro 342 tem uma ranhura anular 370 que recebe a mola de cabeça 362, e um lado de topo 374 da placa de disparo 338 tem um recesso 378 que também recebe a mola de cabeça 362. A mola de cabeça 362 é de preferência uma mola belleville. A mola de cabeça 362 é também de preferência feita de aço inoxidável. As molas belleville tomam a forma de um disco cônico raso com um furo no centro do mesmo. Uma alta taxa de mola ou força de mola pode ser desenvolvida em um espaço axial muito pequeno com esses tipos de molas. Características predeterminadas de carga-deflexão podem ser obtidas variando a altura do cone à espessura do disco.

[0056] Como pode ser observado com referência às Figuras 10-12, a cabeça do cilindro 342 enrosca em uma parte do bloco do motor 314. Quando a cabeça de cilindro 342 é enroscada no bloco de motor 314, a cabeça de cilindro 342 comprime a mola de cabeça 362 contra a placa de fogo 338 para proporcionar uma força descendente contra o lado de topo 374 da placa de disparo 338 para compensar uma força ascendente criada pela combustão dentro da câmara de combustão 350. A força descendente proporcionada pela deflexão ou deformação da mola 362 gera uma força de mola que força de forma resiliente a placa de disparo 338 em contato com a junta 334, que é forçada contra o ressalto 326 da manga 322 para proporcionar uma vedação de combustão apropriada durante o funcionamento do motor 310.

[0057] A mola de cabeça 362 também atua para permitir a expansão e contração dos componentes do motor de encaixe relevantes durante as mudanças de carga e condições térmicas do motor 310 sem afetar adversamente a vedação de combustão, de forma muito semelhante ao que acontece com os parafusos de cabeça tradicionais. Como mencionado acima, os parafusos da cabeça podem ser usados para fornecer uma força de fixação que veda a cabeça do cilindro a um bloco do motor. Como os parafusos da cabeça podem se expandir e contrair com os componentes do motor associados à medida que a carga e a temperatura do motor variam, os parafusos da cabeça são capazes de manter a força de fixação durante a operação do motor. No entanto, a cabeça de cilindro roscada 342 não tem geralmente as capacidades de esticar dos parafusos de cabeça típicos devido ao seu diâmetro relativamente grande e comprimento de rosca curto.

[0058] Como sugerido acima, a carga fornecida pela mola de cabeça 362 pode ser calculada com base na deflexão da mola 362. Uma quantidade específica de deflexão se traduz em uma quantidade consistente de força descendente, o que garante uma vedação de combustão adequada. Em uma modalidade, a deflexão desejada para a mola de cabeça 362, a cabeça de cilindro 342 e os componentes associados são obtidos pela montagem dos componentes como mostrado na figura 11. As roscas que seguram a cabeça de cilindro 342 no lugar podem ser pré-carregadas. Ao pré-carregar essas roscas ou parafusos de cabeça (se for usada uma configuração de cabeça aparafusada), a faixa de força variável aplicada às roscas ou parafusos é reduzida, aumentando assim a vida útil contra fadiga desses componentes.

[0059] A utilização da junta 334 permite o controle eficaz da localização do pistão 330 em relação à placa de disparo 338 para definir com precisão o ponto morto superior do pistão 330 em relação à placa de disparo 338. Em particular, a junta de vedação 334 acomoda a acumulação de um desvio das dimensões ideais resultante da combinação das tolerâncias associadas com o bloco de motor 314, a cabeça de cilindro 342, a manga 322 e o pistão 330. Depois da placa de disparo 338 estar posicionada na junta de vedação 334, a cabeça de cilindro 342 é enroscada no bloco de motor 314 até o lado inferior 366 da cabeça de cilindro 342 entrar em contato com o lado de cima 374 da placa de disparo 338. Uma vez que o contato é feito entre a cabeça de cilindro 342 e a placa de disparo 338, a posição de montagem final da cabeça de cilindro 342 em relação ao bloco de motor 314 é conhecida. A posição final de montagem da cabeça de cilindro 342 é então marcada ou gravada de outro modo para referência futura, de modo que uma junta de vedação 334 de espessura apropriada pode ser selecionada para a montagem final.

[0060] Proporcionar um sistema de resfriamento para a cabeça de cilindro 342 permite que as superfícies da câmara de combustão operem a temperaturas suficientemente altas para acomodar combustíveis com baixo teor de cetano. Uma tampa de resfriamento 382 é montada na cabeça de cilindro 342. A tampa de resfriamento 382 coopera com uma ranhura anular 390 da cabeça de cilindro 342 para definir uma passagem de resfriamento 394. A tampa de resfriamento 382 inclui uma porta de entrada 398 e uma porta de saída 402. A porta de entrada 398 está adaptada para receber um fluido de resfriamento que flui através do motor 310, e a porta de saída 402 está adaptada para enviar o fluido de resfriamento através do motor 310 depois do fluido refrigerante ter sido utilizado para resfriar a cabeça do cilindro 342. Como melhor mostrado na Figura 10, a porta de entrada 398 e a porta de saída 402 são adjacentes uma à outra. Um pino divisor ou projeção 406 se estende da tampa de resfriamento 382 para a passagem de resfriamento 394 (ver Figura 12) para substancialmente fechar a passagem curta entre a porta de entrada 398 e a porta de saída 402. Deste modo, o fluido de resfriamento só é permitido fluir em torno da passagem de resfriamento 394 em uma única direção para resfriar a cabeça de cilindro 342. Embora permitir que o fluido de resfriamento flua em ambas as direções em torno da passagem de resfriamento 394 entre a porta de entrada 398 e uma porta de saída 402 resfriasse a cabeça do cilindro 342, determinou-se que o fluido de resfriamento fluiu em uma direção substancialmente em torno da totalidade da passagem de resfriamento 394 também fornece resfriamento efetivo. Em outras modalidades, o pino divisor 406 é eliminado e apenas uma ranhura anular parcial é formada na cabeça de cilindro 342 e/ou na tampa de resfriamento 382 de tal modo que a combinação da cabeça de cilindro 342 e a tampa de resfriamento 382 definem uma passagem de resfriamento unidireccional sem a necessidade de um pino divisor 406. Em outra modalidade, o pino divisor 406 é configurado para permitir que uma parte do fluido de resfriamento flua para dentro da passagem curta entre a porta de entrada 398 e a porta de saída 402. Permitir que o fluido de resfriamento flua para dentro da passagem curta mantém um resfriamento substancialmente uniforme em torno da cabeça do cilindro 342.

[0061] A maneira de ligar a tampa de resfriamento 382 à cabeça de cilindro 342 é substancialmente descrita acima em relação ao motor 10. Também é feita referência à descrição acima em relação ao motor 10 para a descrição e a maneira de operar o injetor de combustível 410. Em uma modalidade, o motor 310 inclui nove conjuntos de orifícios 414 para os membros de fixação associados 418, em comparação com os seis conjuntos de orifícios mostrados para o motor 10. Foi determinado que nove conjuntos de orifícios permitem um posicionamento mais fácil da tampa de resfriamento 382 em relação à cabeça de cilindro 342. Em uma modalidade alternativa, a tampa de resfriamento 382 é presa à cabeça de cilindro 342 com 3 elementos de fixação 418. Nessa modalidade, os furos mais externos do conjunto de orifícios 414 são omitidos e apenas os nove orifícios interiores são necessários para posicionar a tampa de resfriamento 382 em relação à cabeça de cilindro 342.

[0062] Referindo agora a Figura 15, é mostrada uma vista de cima para baixo de um lado do bloco de motor 14 tendo as cabeças de cilindro removidas e cortadas perpendicularmente ao lado. Cada cabeça de cilindro 22 inclui um tubo de escape correspondente um primeiro tubo de escape 600 em comunicação com um dos cilindros 22 e um segundo tubo de escape 602 em comunicação com um diferente dos cilindros 22 são mostrados na Figura 15. O bloco de motor 14 inclui uma camisa de água 604 envolvendo dois dos cilindros 22. Uma configuração similar é usada para os dois cilindros no lado oposto do motor 10 (não mostrado). A camisa de água 604 inclui um canal 606 no qual o fluido de resfriamento flui em torno do primeiro e segundo tubos de escape 600 e 602 e dos cilindros 22 da maneira descrita abaixo para remover o calor do sistema. O fluido de resfriamento entra na camisa de água 604 de uma bomba (não mostrada) na porta de entrada de resfriamento 608. O fluido de resfriamento flui a uma velocidade constante nas direções indicadas pelas setas A1 e A2 através do canal 606 em torno de ambos os cilindros 22 como indicado pelas setas B1 e B2 e C1 e C2. O fluido de resfriamento flui para a porta de saída de resfriamento 610, como mostrado pelas setas D1 e D2. Da porta de saída de resfriamento 610, o fluido de resfriamento é devolvido à bomba, onde é resfriado e bombeado de volta para a porta de entrada de resfriamento 608. Em uma modalidade, a camisa de água 604 e a camisa de resfriamento 178 descritos acima são integrados e o refrigerante flui em torno dos cilindros 22, do primeiro e segundo tubos de escape 600 e 602 e das cabeças de cilindro como descrito acima antes de regressar à bomba.

[0063] Referindo agora a Figura 16, é mostrada uma vista em corte do motor 10 e camisa de água 604, tomada ao longo da linha XVI-XVI da Figura 15. O primeiro tubo de escape 600 inclui uma parte superior 612 e uma parte inferior 614. Similarmente, o segundo tubo de escape 602 inclui uma parte superior 616 e uma parte inferior 618. Em uma modalidade, o canal 606 inclui um primeiro ramo 620 passando sobre as porções superiores 612 e 616 e um segundo ramo 622 passando sob as porções inferiores 614 e 618. O primeiro e segundo ramos juntam-se nos lados opostos dos tubos de escape 600 e 602 para reformar o canal uniforme 606. Nesta modalidade, o fluido de resfriamento flui para a camisa de água 604 e começa a fluir em torno dos cilindros 22, como indicado pelas setas A1 e A2 na figura 15. À medida que o fluido de resfriamento se aproxima do primeiro e segundo tubos de escape 600 e 602, uma porção do fluido de resfriamento flui sobre as porções de topo 612 e 616 como indicado pelas setas E1 e E2 enquanto outra porção do fluido de resfriamento é desviada para fluir por baixo porções 614 e 618 como indicado pelas setas F1 e F2 e G1 e G2. Depois do fluido de resfriamento passar separadamente sobre as partes superior e inferior dos tubos de escape 600 e 602, os dois fluxos de fluido fundem-se para continuar a fluir em torno dos cilindros 22 como descrito acima. Ter o fluxo de fluido de resfriamento sobre as porções superior e inferior dos tubos de escape 600 e 602 permite o resfriamento bidireccional e evita o sobreaquecimento das porções inferiores 614 e 618 que podem ocorrer quando os tubos de escape são apenas arrefecidos a partir do topo.

[0064] Com referência à Figura 19, uma ilustração esquemática de uma modalidade do motor 10 como um motor de cárter seco que inclui uma bomba de cárter de óleo ou bomba de limpeza 420 para remover óleo e ar de dentro do cárter 18. Referindo a Figura 19, o motor 10 também inclui um tanque de óleo 422 e uma linha de descarga de limpeza 424 que proporciona comunicação de fluido entre o cárter 18, a bomba de limpeza 420, e o tanque de óleo 422. O motor 10 inclui ainda uma bomba de abastecimento de óleo 426, um regulador de pressão de óleo 428 e um radiador de trocador de calor 430. A bomba de abastecimento de óleo 426 fornece óleo para o bloco de motor 14 e para o cárter 18 a partir do tanque de óleo 422 durante o funcionamento do motor 10. O regulador de pressão de óleo 428 sangra ou permite que uma porção de óleo se desloque de volta para o tanque de óleo 422 se a pressão de descarga da bomba de abastecimento 426 exceder um valor predeterminado. Por exemplo, em uma construção, o regulador de pressão de óleo 428 é ajustado de tal modo que a pressão de óleo dentro do permutador de calor 430 não exceda cerca de 150 psi. Um filtro de óleo 432 é disposto entre o tanque de óleo 422 e o bloco de motor 14 para filtrar o óleo fornecido ao bloco de motor 14 do tanque 422.

[0065] Com referência às Figuras 19 e 20, uma vista esquemática de uma modalidade do motor 10 em que o turbocompressor 3 inclui um compressor 435 e uma turbina 436 que aciona o compressor 435 utilizando gás de escape do motor 10. Uma linha de fornecimento de óleo 438 (Figura 19) acopla de modo fluido o turbocompressor 3 e o tanque de óleo 422 para fornecer óleo ao turbocompressor 3. Uma linha de retorno de óleo 440 acopla de modo fluido o turbocompressor 3 e o tanque de óleo 422 para devolver o óleo do turbocompressor 3 de volta para o tanque de óleo 422. Um sensor de pressão 442 e um sensor de temperatura 444 estão em comunicação fluida com uma linha de fornecimento de óleo principal 446 para detectar a pressão e temperatura, respectivamente, do óleo sendo fornecido ao bloco de motor 14, ao cárter 18 e ao turbocompressor 3.

[0066] Referindo-se a Figura 20, uma entrada de ar 450 e um filtro de ar 452 estão dispostos em série numa linha de entrada de ar 454 do motor 10. Referindo-se a Figura 19, uma linha de ventilação de ar 462 acopla de modo fluido o tanque de óleo 422 à entrada de ar 450 para ventilar o tanque de óleo 422 para a linha de entrada de ar 454.

[0067] O motor 10 inclui ainda um regulador de pressão do cárter 466 que está em comunicação fluida com o tanque de óleo 422 e o cárter 18 através de uma linha de respiro do cárter 468. A linha 468 de respiro do cárter inclui uma primeira porção 470 que se estende entre o regulador de pressão 466 do cárter e o cárter 18 para proporcionar comunicação fluida entre o cárter 18 e o regulador de pressão do cárter 466. Uma segunda porção 472 da linha de respiração 468 prolonga-se entre o regulador de pressão 466 e o tanque de óleo 422 para proporcionar comunicação fluida entre o regulador de pressão 466 e o tanque de óleo 422.

[0068] Com referência às Figuras 17 e 18, o regulador de pressão do cárter 466 inclui um corpo 476. Em uma modalidade, o corpo 476 é formado para definir uma primeira passagem interna 478 e uma segunda passagem interna 480 que ambas se estendem através do corpo 476 do regulador de pressão 466. O corpo 476 inclui ainda uma primeira abertura 482 e uma segunda abertura 484. A primeira passagem 478 é definida como um percurso de fluxo através da primeira abertura 482 e da segunda abertura 484. A segunda passagem 480 é definida como um trajeto de fluxo através da primeira abertura 482 e da segunda abertura 484, de tal modo que a segunda passagem 480 está em uma disposição paralela à primeira passagem 478. Um primeiro conector 486 está parcialmente localizado dentro da primeira abertura 482 de modo a acoplar de modo fluido a primeira abertura 482 com o cárter 18 do motor 10 através da primeira porção 470 da linha de respiração 468. Um segundo conector 488 está parcialmente localizado dentro da segunda abertura 484 para acoplar de modo fluido a segunda abertura 484 com o tanque de óleo 422 através da segunda porção 472 da linha de respiração 468. Enquanto o primeiro e segundo conectores 486 e 488, respectivamente, são bicos ou buchas roscados, em outras construções, qualquer conector adequado pode ser utilizado.

[0069] Além disso, enquanto a Figura 20 ilustra esquematicamente o regulador de pressão do cárter 466 ligado à linha de respiro do cárter 468 em ambos os conectores 486 e 488, os conectores 486 e 488 podem ser utilizados para acoplar diretamente o regulador de pressão 466 ao cárter 18 ou ao óleo tanque 422. Por exemplo, em uma construção, o regulador de pressão 466 pode ser montado no tanque de óleo 422 utilizando uma abertura 490 do corpo 476 e o segundo conector 488 pode ser ligado ao tanque de óleo 422. Naturalmente, em outras construções, podem ser utilizadas outras disposições adequadas do regulador de pressão 466 dentro do trajeto de fluxo do cárter 18, linha de respiradouro do cárter 468 e o tanque de óleo 422.

[0070] O corpo 476 do regulador de pressão 466 inclui ainda uma primeira abertura auxiliar 494 e uma segunda abertura auxiliar 496. A primeira e segunda aberturas auxiliares 494 e 496 são utilizadas durante a fabricação do regulador de pressão 466 para acessar as passagens 478 e 480 e outros componentes dentro do regulador de pressão 466. Em uma modalidade, os tampões roscados 498 e 500 são utilizados para bloquear ou fechar as aberturas 494 e 496, respectivamente, após os processos de fabricação e montagem requeridos estarem concluídos dentro do corpo 476.

[0071] O regulador de pressão 466 inclui ainda uma primeira válvula de retenção 504 e uma segunda válvula de retenção 506. A primeira válvula de retenção 504 inclui uma sede 508, que é integralmente formada no corpo 476. A primeira válvula de retenção 504 inclui ainda um membro de válvula 510 e um elemento de pressão 512. Em uma modalidade, o membro de válvula 510 é uma esfera e o elemento de pressão 512 é uma mola helicoidal. O membro de pressão 512 contata o primeiro conector 486 para empurrar o membro de válvula 510 contra a sede 508 ou para uma posição fechada da válvula 504. Como será discutido em mais detalhe abaixo, a primeira válvula de retenção 504 regula o fluxo através da primeira passagem 478, e a primeira válvula de retenção 504 está disposta para permitir o fluxo de fluido através da primeira passagem 478 na direção das setas da Figura 18 ao longo da primeira passagem 478 evitando o fluxo de fluido na direção oposta.

[0072] A segunda válvula de retenção 506 inclui uma sede 514, que é integralmente formada no corpo 476. A segunda válvula de retenção 506 inclui ainda um membro de válvula 516 e um elemento de pressão 520. Em uma modalidade, o membro de válvula 516 é uma esfera e o elemento de pressão 520 é uma mola helicoidal. O membro de pressão 520 da segunda válvula de retenção 506 contata com o tampão roscado 498 da primeira abertura auxiliar 494, de tal modo que o membro de válvula 516 é pressionado contra a sede 514 ou para uma posição fechada da válvula 506. Como será discutido em mais detalhe abaixo, a segunda válvula de retenção 506 regula o fluxo através da segunda passagem 480, e a segunda válvula de retenção 506 está disposta para permitir o fluxo de fluido através da segunda passagem 480 na direção das setas da Figura 18 ao longo da segunda passagem 480, evitando o fluxo de fluido no sentido oposto. Embora as válvulas de retenção 504 e 506 na construção ilustrada sejam válvulas de retenção tipo esfera, deve ser entendido que outros tipos de válvulas e válvulas de retenção podem ser utilizados.

[0073] Em uma modalidade, o regulador de pressão do cárter 466 inclui um sensor de pressão 524. O sensor de pressão 524 está em comunicação fluida com as primeira e segunda passagens 478 e 480, respectivamente, de tal modo que o sensor de pressão 524 pode funcionar para medir a pressão dentro do cárter 18 independentemente da posição (ou seja, aberta ou fechada) da primeira e segundas válvulas de retenção 504 e 506, respectivamente.

[0074] Com referência à Figura 20, durante o funcionamento do motor 10, o ar ambiente para combustão é aspirado através da entrada de ar 450, depois através do filtro de ar 452 pelo compressor 435 do turbocompressor 3. O compressor 435 é acionado pela turbina 436 para comprimir o ar de combustão. A turbina 436 é acionada pelos gases de escape do motor 10 que são entregues à turbina 436 por uma linha de escape 530. O ar comprimido de combustão passa então pelo intercooler 2 e pelo supercompressor 1 antes de entrar na câmara de combustão do motor 10.

[0075] Simultaneamente, referindo-se agora a Figura 19, a bomba de evacuação 420 remove ar e óleo de dentro do cárter 18 através da linha de descarga de limpeza 424, que geralmente reduz a pressão dentro do cárter 18 abaixo da pressão ambiente. O ar e o óleo removidos pela bomba de limpeza 420 podem incluir ar e óleo da câmara de combustão que ultrapassa os anéis do pistão.

[0076] A primeira válvula de retenção 504, que é inclinada para a posição fechada, inibe a entrada de ar de compensação do cárter 18 através da linha de respiro do cárter 468 até a pressão dentro do cárter 18 atingir um nível médio inferior predeterminado. Assim, a pressão média dentro do cárter 18 é reduzida e mantida abaixo da pressão ambiente, particularmente durante a operação de baixa potência do motor 10. A primeira válvula de retenção 504 permanece fechada até que a pressão média do cárter seja menor do que o nível médio inferior predeterminado. Quando a pressão do cárter é menor do que o nível inferior predeterminado, a pressão dentro do tanque de óleo 422 (sobre a pressão ambiente) atuando contra o membro de válvula 510 supera a força do membro de pressão 512 para levantar o membro de válvula 510 da sede 508 para abrir a primeira válvula 504 para permitir que o ar de compensação flua para dentro do cárter 18, a fim de manter a pressão de ar dentro do cárter 18 acima do nível inferior médio predeterminado.

[0077] Os pistões 26, 330 sendo em alternativa arrastados para o cárter 18 e os pistões 26, 330 sendo empurrados para dentro dos cilindros durante os cursos normais de compressão e combustão do motor 10 geram uma onda de pressão no cárter 18. Em uma construção do motor 10, essa onda de pressão é de aproximadamente +/- 4 psi. Em tal construção, o membro de pressão 512 da primeira válvula de retenção 504 pode ser escolhido de tal modo que a primeira válvula de retenção 504 abre quando a pressão média dentro do cárter 18 é de cerca de -6 psi. Em alternativa, a primeira válvula de retenção 504 abre para permitir que o ar de compensação passe através da primeira passagem 478 quando a pressão dentro do cárter 18 é 6 psi menor do que a pressão dentro do tanque de óleo 422, que é aproximadamente a pressão ambiente. Portanto, se a onda de pressão for de aproximadamente +/- 4 psi, a pressão instantânea dentro do cárter 18 irá oscilar entre -10 psi e -2 psi e o pico da onda de pressão não excederá a pressão ambiente (por exemplo, 0 psi). Na construção ilustrada, o ar de compensação é retirado do tanque de óleo 422 através da linha de respiração 468. Enquanto na construção do regulador de pressão 466 discutido acima, a primeira válvula de retenção 504 abre a -6 psi, em outras construções a primeira válvula de retenção 504 pode abrir a uma pressão média maior ou menor que -6 psi. Por exemplo, as vedações do motor e/ou a amplitude da onda de pressão gerada pela oscilação do pistão podem fazer uma pressão média de abertura diferente para a válvula de retenção 504 mais desejável.

[0078] Durante a operação do motor 10, particularmente durante a operação de baixa potência do motor 10, a pressão dentro do coletor de admissão é relativamente baixa ou próxima da pressão atmosférica. Assim, na construção descrita acima, a pressão instantânea dentro do cárter 18 não excede cerca de -2 psi ou permanece inferior à pressão do coletor de admissão. Como resultado, a quantidade de óleo que é forçada pela pressão do cárter 18 em direção ao coletor de admissão é grandemente reduzida.

[0079] Durante a operação de alta potência do motor 10, a pressão dentro do coletor de admissão pode ser relativamente alta. Além disso, como discutido acima, o regulador de pressão 466 abaixa a pressão média dentro do cárter 18. Como resultado, pode haver uma quantidade excessiva de ar que passa pelos anéis do pistão e entra no cárter 18. Enquanto a bomba de evacuação 420 retira o ar do cárter 18, a fuga pode ser a uma velocidade tal que a bomba 420 é incapaz de remover uma quantidade suficiente de ar para manter uma pressão negativa (ou seja, menor que a temperatura ambiente) no cárter 18. Se a pressão dentro do cárter 18 exceder um nível médio predeterminado, a segunda válvula de retenção 506 abre para permitir que o ar passe através da segunda via de passagem 480 e para o tanque de óleo 242 e a ventilação 462 ventando assim o cárter 18 para a linha de entrada de ar 454 (Figura 20). A segunda válvula de retenção 506 permanece fechada até que a pressão média do cárter seja maior do que o nível predeterminado. Quando a pressão do cárter é maior do que o nível predeterminado, a pressão dentro do cárter 18 atuando contra o membro de válvula 516 supera a força do membro de pressão 520 para levantar o membro de válvula 516 da sede 514 para abrir a segunda válvula 506.

[0080] Em uma construção, o membro de pressão 520 da segunda válvula de retenção 506 é escolhido de tal modo que a segunda válvula de retenção 506 abre quando a pressão média dentro do cárter é de cerca de 0,2 psi acima da pressão ambiente. Claro que em outras construções, a segunda válvula de retenção 506 pode ser concebida para abrir a mais ou menos de 0,2 psi.

[0081] A descrição anterior da presente invenção foi apresentada para fins de ilustração e descrição. Além disso, a descrição não se destina a limitar a invenção na forma aqui divulgada. Consequentemente, as variações e modificações proporcionais aos ensinamentos acima em habilidade ou conhecimento da técnica relevante, estão dentro do escopo da presente invenção. As modalidades aqui descritas pretendem ainda explicar os melhores modos conhecidos para a prática da invenção e para permitir que outras pessoas especializadas na técnica utilizem a invenção como tal, ou outras modalidades e com várias modificações requeridas pelas aplicações ou utilizações particulares da presente invenção. Pretende-se que as reivindicações anexas sejam construídas para incluir modalidades alternativas na medida permitida pela técnica anterior. Entende-se que a invenção divulgada e definida no presente documento se estende a todas as combinações alternativas de duas ou mais das características individuais mencionadas ou evidentes a partir do texto e/ou desenhos. Todas estas combinações diferentes constituem vários aspectos alternativos da presente invenção.

[0082] Para os fins desta divulgação, o termo “acoplado” significa a união de dois componentes direta ou indiretamente uns aos outros. Essa união pode ser de natureza estacionária ou de natureza móvel. Essa união pode ser conseguida com os dois elementos e quaisquer elementos intermediários adicionais formados integralmente como um único corpo unitário um com o outro ou com os dois elementos ou os dois elementos e qualquer elemento adicional que está ligado um ao outro. Tal junção pode ser permanente em natureza ou alternativamente pode ser removível ou liberável em natureza.

[0083] Embora o presente pedido descreva combinações particulares de características nas reivindicações aqui anexas, várias modalidades da invenção referem-se a qualquer combinação de qualquer uma das características aqui descritas, quer essa combinação seja atualmente reivindicada ou não, e qualquer dessas combinações de características pode ser reivindicada neste ou em pedidos futuros. Quaisquer das características, elementos ou componentes de qualquer uma das modalidades exemplificativas discutidas acima pode ser utilizada sozinha ou em combinação com qualquer uma das características, elementos ou componentes de qualquer das outras modalidades discutidas acima.

Claims (7)

1. Motor a diesel de dois tempos (10, 310) para operação com altas temperaturas da superfície da câmara de combustão, o motor caracterizado pelo fato de que compreende: um bloco de motor de alumínio (14, 314) incluindo pelo menos um cilindro (22a, 22b, 318) incluindo uma primeira porta de entrada e uma primeira porta de escape (600, 602), o bloco do motor (14, 314) incluindo um primeiro canal de fluxo de fluido (606) para resfriar o bloco do motor (14, 314) e um segundo canal de fluxo de fluido (620, 622) localizado na porta de escape (600, 602) para resfriar a parte o cilindro (22a, 22b, 318) na proximidade da porta de escape (600, 602); uma manga de cilindro (322) tendo uma extremidade superior e uma extremidade inferior e fabricada a partir de um compósito metálico de material de base de alumínio que é revestido com aço, a manga do cilindro (322) incluindo uma segunda porta de entrada e uma segunda porta de escape próxima da extremidade inferior, sendo a manga (322) fixada ao interior do cilindro (22a, 22b, 318) com as portas de entrada em comunicação fluida e as portas de escape estando em comunicação fluida; um conjunto de cabeças (78, 342) engatado com o bloco de motor (14, 314), o conjunto de cabeças (78, 342) incluindo um terceiro canal de fluxo de fluido de resfriamento (166, 394); um conjunto de injetor de combustível (70a-d, 410) incluindo uma ponta do injetor (90), o conjunto (70a-d, 410) suportado pelo conjunto do cabeçote (78, 342), o conjunto do injetor (70a-d, 410) incluindo um canal de fluxo de combustível (106) entre uma fonte de combustível e a ponta do injetor (90), um canal de retorno do combustível entre a ponta do injetor (90) e a fonte de combustível canal entre a ponta do injetor (90) e a fonte de combustível; uma placa de disparo de aço inoxidável (338) apoiada resilientemente entre a extremidade superior da manga do cilindro (322) e o conjunto de cabeça (78, 342) para cooperar com o conjunto do injetor de combustível (70a-d, 410) para fechar a extremidade superior da manga do cilindro (322); um virabrequim acoplado a uma biela (30); um pistão de alumínio (26, 330) tendo uma coroa de liga de titânio (27), estando o pistão (26, 330) localizado dentro da manga (322) e ligado à biela (30) para mover a coroa (27) entre o topo da manga do cilindro (322) e abaixo das segundas portas de admissão e escape; um turbocompressor (3) incluindo uma turbina (436) acoplada às portas de escape e um compressor (435) incluindo uma entrada acoplada a um filtro de ar (452) e uma saída; e um supercompressor (1), incluindo um compressor acoplado à saída do compressor e às portas de entrada.

2. Motor (10, 310), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o compósito de metal é um material de matriz de metal compreendendo: uma liga de base compreendendo em peso entre 8,5-9,5% Si, um máximo de 0,2% Fe, um máximo de 0,2% Cu, um máximo de 0,2% Mn, entre 0,45-0,65% Mg, um máximo de 0,1% Zn, um máximo de 0,2% de Ti, um máximo total de 0,15% de outras matérias com um máximo de 0,05% para qualquer outra matéria, e qualquer percentual restante sendo Al; Particulado de SiC; e Grafite com revestimento de Ni; em que a liga de base combinada, partículas de SiC e grafite revestida a Ni são solubilizadas e tratadas termicamente por precipitação.

3. Motor (10, 310), de acordo com a reivindicação 1, compreendendo ainda um pino de cruzeta (46) suportado nas suas extremidades e centrado pelo pistão (26, 330), caracterizado pelo fato de que a extremidade da biela (30) inclui uma sela (42) que circunda menos de 180 graus do pino de cruzeta (46) e é preso ao pino de cruzeta (46).

4. Motor (10, 310), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma arruela de vedação (358) posicionada entre a placa de disparo de aço inoxidável (338) e a manga de cilindro (322) para proporcionar uma vedação entre a placa (338) e a manga (322).

5. Motor (10, 310), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma mola belleville defletida (362) posicionada entre o conjunto de cabeça (78, 342) e a placa de disparo de aço inoxidável (338).

6. Motor (10, 310), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma mola belleville defletida (362), posicionada entre o conjunto de cabeça (78, 342) e a placa de disparo de aço inoxidável (338), para forçar resilientemente a placa de disparo (338) contra a arruela de vedação (358) e a arruela de vedação (358) contra a manga (322).

7. Motor (10, 310), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o segundo canal de fluxo de fluido inclui um primeiro ramo (620) passando sobre a parte superior (612, 616) do primeiro orifício de escape (600, 602) e um segundo ramo (622) passando sob a porção inferior (614, 618) do primeiro orifício de escape (600, 602).

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