BRPI0716019A2 - interseÇço de passagem de fluido de motor e mÉtodo - Google Patents

Abstract

Patente de Invenção:"INTERSEÇçO DE PASSAGEM DE FLUIDO DE MOTOR E MÉTODO". A presente invenção refere-se a interseção de passagem de fluido (314) no interior de um componente (100) que inclui uma passagem de alimentação (118) formada no componente (100), uma cavidade (316) em comunicação flúidica com a passagem de alimentação (118), e pelo menos uma passagem de saída (326) formada no componente (100) que está em comunicação flúidica com a cavidade (316).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "INTERSE- ÇÃO DE PASSAGEM DE FLUIDO DE MOTOR E MÉTODO".

Campo da Invenção

A presente invenção refere-se a motores de combustão interna, incluindo, porém, sem estar limitada a passagens de fluido no cárter de um motor de combustão interna. Antecedentes da Invenção

Os motores de combustão incluem cárters dotados de uma plu- ralidade de cilindros. Os cilindros contêm pistões, cujo movimento alternativo devido aos eventos de combustão pode ser transmitido através de um eixo de manivela para produzir uma saída de torque do motor. Com freqüência, os cárters de motor são produzidos de metal fundido, e incluem passagens integralmente formadas no seu interior para a transferência de vários fluidos de um local de motor para outro. Entre os fluidos tipicamente transferidos através de passagens em um motor se incluem refrigerante, ar, combustível, óleo e assim por diante.

Um método conhecido de transferir fluido através de um compo- nente do motor, tal como um cárter, inclui a abertura de passagens por fun- dição e/ou perfuração através do material produto da fundição para criar passagens. Em alguns motores, estas passagens podem necessitar se es- tender pelo comprimento total do motor, e o fluido que podem conduzir du- rante a operação do motor pode ser distribuído por muitos outros componen- tes do motor.

Qualquer método usado para criar passagens em um compo- nente de motor para a transferência de fluidos pode ter limitações de cons- trução associadas com o mesmo. Por exemplo, passagens produzidas por fundição são vantajosas pelo fato de poderem ser formadas concorrente- mente com uma operação de fundição do componente de motor, porém, são limitadas na sua localização e dimensão devido a serem formadas pelo mes- mo molde que é usado para formar o componente de motor propriamente dito. No caso de um cárter, as passagens formadas por fundição no cárter podem conter resíduos após a operação de fundição completada, e assim limitadas à lugares suscetíveis de serem limpos, especialmente se estas passagens são usadas para transferência crítica de fluidos, por exemplo, combustível ou óleo.

De maneira similar, passagens perfuradas são vantajosas pelo fato de poderem ser facilmente limpas após uma operação de perfuração, porém, mostram-se desvantajosamente demoradas e relativamente dispen- diosas de criar devido a exigirem uma operação de usinagem dedicada. Ou- trossim, no caso das passagens se entrecruzarem no interior do componente do motor, uma operação de perfurar usada para criar estas passagens pode se tornar ainda mais complicada e demoradas.

Por conseguinte, há uma necessidade de uma configuração de passagem de fluido aperfeiçoada para transferir fluido em um motor que in- clua passagens que se cruzem e cuja realização não seja complicada nem demorada. Sumário da Invenção

Um cárter para um motor de combustão interna inclui uma pas- sagem de óleo integrada formada no seu interior tendo uma pluralidade de passagens de distribuição fluidicamente ligadas com a mesma. Uma cavida- de é também formada no seu interior que está em comunicação fluídica com a passagem de óleo integrada. Pelo menos duas da pluralidade de passa- gens de distribuição são fluidicamente conectadas com a passagem de óleo integrada através da cavidade. A cavidade é uma cavidade aberta que é formada durante uma operação de fundição usada para formar o cárter. Breve Descrição dos Desenhos A figura 1 é uma vista de contorno do cárter de um motor tendo

um sistema de distribuição de óleo integrado formado no seu interior de a- cordo com a invenção;

A figura 2 é uma vista em seção transversal parcial de uma in- terseção de passagem de fluido tendo passagens perfuradas cegas; A figura 3 é uma vista em seção transversal do cárter da figura 1

tendo uma passagem de óleo e uma cavidade de acordo com a invenção; e A figura 4 é uma vista seção transversal parcial de uma interse- ção de passagem de fluido de acordo com a invenção. Descrição de uma Modalidade Preferencial

O seguinte descreve um aparelho para e método de intersectar passagens de fluido no interior de um componente de um motor. Uma pas- sagem de óleo no interior do cárter de um motor é usada aqui para ilustra- ção, porém a criação de passagens que transfiram outros fluidos para, de, ou através de outros componentes de motor podem vantajosamente ser u- sadas.

Um cárter típico para um motor pode incluir passagens de fluido integradas no seu interior. Uma passagem de óleo, por exemplo, pode distri- buir óleo para um número de componentes de motor para emprego com um meio de atuação ou lubrificação. Uma passagem de fluido típica pode ter uma passagem de alimentação principal conectada com uma bomba que se ramifica para vários locais. As passagens típicas integradas em um cárter são fundidas ou perfuradas in situ, e incluem interseções para se intercomu- nicarem. Uma interseção típica entre passagens pode ser formada pela co- incidência de furos cegos perfurados. As ditas interseções apresentam desa- fios pelo fato de criarem desgaste no ferramental usado para perfurar as passagens, e também pelo fato de na maioria constituir furos cegos. Estes e outros desafios podem ser superados pelo formar por fundição uma ou mais cavidades de interseção no cárter para prestar fácil e livre acesso a pontos extremos de passagens de fluido que são integradas com o cárter. Uma in- terseção de passagem de fluido no interior de um componente de acordo com a invenção pode incluir uma passagem de alimentação formada no componente, uma cavidade em comunicação fluídica com a passagem de alimentação e pelo menos uma passagem de saída formada no componente que está em comunicação fluídica com a cavidade.

Um desenho de um cárter 100 para um motor é mostrada na figura 1. O cárter 100 ilustrado é para um motor de oito (8) cilindros tendo uma configuração em 'V'. Dois blocos 102 cada tendo quatro (4) cilindros 104 são opostamente localizados de cada lado do cárter 100 ao longo da inteira extensão. Os blocos de cilindros 102 são ligados com uma estrutura em vale 106 ocupando uma parte central do cárter 100. Um cabeçote de ci- lindro 108 é mostrado afixado ao cárter 100 sobre um dos blocos de cilindro 102. O cabeçote de cilindro 108 pode incluir componentes de motor adicio- nais (não mostrados) tais como injetores de combustível, válvulas de admis- são e escape, eixo de comando de válvulas no cabeçote, e assim por diante. O cárter 100 pode também incluir um numero de diferentes passagens e/ou cavidades integradas. Por exemplo, uma passagem de refrigerante 110, uma passagem de alimentação de óleo de turbo compressor 112, uma cavidade de cadeia de distribuição 116, e outras, podem ser formadas no cárter 100. Uma passagem central de alimentação de óleo 118 pode ser

perfurada através da inteira extensão da estrutura de vale 106 do cárter 100. Uma operação comumente chamada de perfuração com brocas canhão ("guri drilling") pode ser usada para formar a passagem 188 pelo perfurar uma longa abertura através de um corpo metálico do cárter 100. A passa- gem 118 pode ser usada para transferir óleo ou outro fluido de uma extremi- dade do cárter 100 para outra. O óleo na passagem 118 pode ser usado pa- ra várias finalidades durante o funcionamento de um motor, por exemplo, para lubrificação de vários componentes do motor, para atuação de injetores de combustível, para lubrificação e/ou atuação de uma estrutura de came superior, e outras. Tipicamente, óleo proveniente da passagem 118 pode ser distribuído para outras passagens.

Uma configuração conhecida de um cárter 200 tendo uma inter- seção de passagem de fluido 202 é mostrada em seção transversal parcial na figura 2. A interseção 202 pode conectar fluidicamente uma passagem de fluido de banco direito 204, uma passagem de fluido de banco esquerdo 206, e uma passagem de fluido traseira 208 com uma passagem de alimentação 210. A passagem de alimentação 210 pode ser perfurada através de uma inteira extensão ao longo de uma estrutura de vale 212 do cárter 200 con- forme descrito acima. Cada uma das passagens 204, 206 e 208 pode ser usada para Iubrificar e/ou administrar vários componentes de motor. A inter- seção 202 pode ser formada pelo resultado efetivo de operações de perfura- ção usadas para formar cada uma das passagens 204, 206, 208. Por exem- pio, uma broca (não mostrada) pode formar a passagem de alimentação 210. Operações de perfurar adicionais podem ser usadas para formar cada uma das passagens 204, 206, e 208 e podem ser dispostas para coincidir na passagem de alimentação 210. Um ponto onde cada operação de perfurar para criar cada passagem pode ser a interseção 202.

Existem muitas desvantagens com tal formação da interseção 202. Primeiramente, todas ou a maioria das operações de perfurar usadas para formar cada passagem 204, 206 e 208 são "cegas", significando que o local e a profundidade de uma perfuração têm de ser controlados para asse- gurar uma correta localização da broca e profundidade da operação de per- furar porque a interseção 202 é interna no cárter 200 e não externamente visível. Segundo, qualquer desalinhamento das brocas usadas para formar cada passagem 204, 206, e 208 pode falhar em realizar uma correta forma- ção da interseção 202 se grosseira, ou alternativamente pode introduzir a- restas vivas e reduções em área de fluxo de cada passagem 204, 206, 208. As ditas reduções em área de fluxo podem desvantajosamente aumentar uma queda de pressão no fluxo de fluido. Terceiro, o desgaste sobre o fer- ramental usado para perfurar cada passagem é aumentado devido à maior extensão de perfuração requerida para completar cada cárter 200. Estas e outras desvantagens podem ser evitadas, ou seu efeito reduzido, pelo uso de uma configuração de interseção como descrita abaixo.

Uma vista parcial em seção transversal ao longo da estrutura de vale 106 do cárter 100 mostrada na figura 1 é mostrada na figura 3. A pas- sagem 118 é mostrada se estender através do cárter 100, ligando fluidica- mente uma extremidade dianteira 302 do cárter com uma extremidade tra- seira 304. Uma abertura de entrada 306 da passagem 118 pode ser conec- tada com uma bomba de óleo (não mostrada) que é prevista para induzir um fluxo de óleo na passagem 118 durante o funcionamento de um motor. Óleo na passagem 118 pode ser comunicado a vários componentes do motor (não mostrados) através de passagens fluidicamente se comunicando com a passagem 118. Por exemplo, uma passagem de alimentação de óleo de tur- bo compressor 307 pode ser usada para dirigir óleo para um alojamento cen- trai de um turbo compressor (não mostrado), uma pluralidade de passagens de lubrificação de mancai principal 308 podem conectar fluidicamente a pas- sagem 118 com cada uma de uma pluralidade de superfícies de mancai principal 310 no cárter 100 e podem ser usadas para Iubrificar uma plurali- dade de mancais principais (não mostrados), e/ou uma pluralidade de pas- sagens de jato de refrigeração de pistão 312 podem conectar fluidicamente a passagem 118 com uma pluralidade de jatos de óleo (não mostrados) que são distribuídos para penetrar em uma pluralidade de pistões (não mostra- dos) incluídos no cárter 100. Estas e outras passagens podem chegar à passagem 118 para fornecer óleo a estes e outros componentes do motor.

Uma interseção 314 que é integrada no cárter 100 inclui uma cavidade 316. A cavidade pode ter uma superfície periférica 318 e incluir uma parte de entrada 320 e uma parte de saída 322. A parte de entrada 320 pode ser adjacente a uma saída 324 da passagem 118. Uma vista em seção transversal da interseção 314 é mostrada em detalhe na figura 4. A interse- ção 314 conforme mostrada é configurada para o cárter 100 que tem uma configuração em "V". A parte de saída 322 e uma parte de saída adicional 324 se comunicando fluidicamente com a parte de entrada 320 e são dispos- tas para receber fluido da mesma proveniente da passagem 118 durante a operação do motor. O cabeçote de cilindro 108 é mostrado em seção trans- versal conectado com o cárter 100. Uma passagem de alimentação de ca- beçote de cilindro do lado esquerdo 326 é fluidicamente ligada com a inter- seção 314 na parte de saída 322. A passagem 326 pode também se comu- nicar fluidicamente com uma passagem de cabeçote de cilindro 328, que por sua vez pode ser fluidicamente ligada com uma passagem de distribuição de fluido de cabeçote de cilindro 330. A passagem 330 no cabeçote de cilindro 108 pode ser usada para distribuir óleo para vários componentes de motor, por exemplo, para um ou mais mancais do comando de válvula no cabeçote 332.

A interseção 314 pode também ser fluidicamente ligada com

uma passagem de alimentação 334 de cabeçote de cilindro do lado direito na parte de saída adicional 324, que por sua vez pode ser usada para ali- mentar um cabeçote de cilindro direito (não mostrado). Uma passagem de alimentação de mancai 336 pode ser fluidicamente ligada com a interseção 314 na parte de entrada 320 e fluidicamente conecta a interseção 314 com uma das superfícies de mancai principal 310 do cárter 100.

A cavidade 316 da interseção 314 pode vantajosamente ser for-

mada durante uma operação de fundição que forma o cárter 100. A cavidade 316 pode vantajosamente ser aberta no sentido da extremidade traseira 304 do cárter 100 para facilitar a remoção e limpeza de qualquer material de molde da cavidade 316 após a formação do cárter 100 estar completa. A cavidade 316 pode vantajosamente ter a forma de uma "asa de gaivota" pa- ra proporcionar uma passagem de comunicação fluídica entre o conduto de alimentação principal 118 que está localizado próximo a um centro da estru- tura de vale 106 com as passagens de alimentação 326 e 334 que podem ser localizadas próximo às extremidades lateralmente distais do cárter 100 mais eficientemente.

O uso da parte da cavidade 316 como parte da interseção 314 é vantajoso porque, primeiro, todas ou a maioria das operações de perfuração usadas para formar cada passagem 326, 334 e 336 são "abertas", signifi- cando que a localização e a profundidade da perfuração são facilmente con- troladas para assegurar a correta localização da broca e profundidade da operação de perfuração porque a interseção 314 é externa ao cárter 100 e facilmente visível. Segundo, não há necessidade de alinhar perfeitamente as brocas usadas para formar cada passagem 326, 334 e 336 para coincidirem em um ponto conforme era previamente exigido, porque cada operação de perfuração vantajosamente termina na cavidade 318 assim proporcionando uma maior margem para desalinhamento e evita a introdução de arestas vivas e reduções na área de fluxo de cada passagem 326, 334, e 336. Ter- ceiro, o desgaste sobre o ferramental usado para perfurar cada passagem é reduzido devido à extensão diminuída de perfuração requerida para comple- tar cada cárter 100. Estas e outras vantagens podem ser realizadas pelo uso de uma configuração de interseção conforme descrita aqui.

A presente invenção pode ser concretizada em outras formas específicas sem se afastar de seu espírito ou características essenciais. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os respeitos so- mente como ilustrativas e não limitativas. O âmbito da invenção, por conse- guinte, é indicado pelas reivindicações apensas mais exatamente do que pela descrição precedente. Todas as variações que se enquadrarem dentro do significado e alcance de equivalência das reivindicações devem ser a- brangidas dentro do seu âmbito.

Claims (14)

1. Componente dotado de uma interseção de passagem de flui- do que compreende: uma passagem de alimentação formada no componente; uma cavidade em comunicação fluídica com a passagem de ali- mentação; pelo menos uma passagem de saída, formada no componente; em que pelo menos uma passagem estar em comunicação fluídica com a cavidade;

2. Componente de acordo com a reivindicação 1, em que a cavi- dade é aberta em um lado quando o componente é formado.

3. Componente de acordo com a reivindicação 1, em que a cavi- dade inclui uma parte de entrada adjacente à passagem de alimentação e pelo menos uma parte de saída que conecta fluidicamente a parte de entra- da com a pelo menos uma passagem de saída.

4. Componente de acordo com a reivindicação 1, em que o componente é um cárter para um motor, no qual o cárter é construído de metal, no qual o cárter é formado usando uma operação de fundição, e no qual a cavidade é formada durante a operação de fundição.

5. Componente de acordo com a reivindicação 4, em que pelo menos uma da passagem de alimentação e da passagem de saída é forma- da usando uma operação perfuradora.

6. Componente de acordo com a reivindicação 1, em que o com- ponente é um cárter para um motor, no qual o cárter tem uma configuração em 'V' e no qual a cavidade tem a forma de asa de gaivota.

7. Cárter para um motor de combustão interna, compreendendo: uma passagem de óleo integrada formada no seu interior tendo uma pluralidade de passagens de distribuição fluidicamente ligadas com a mesma; uma cavidade formada no seu interior em comunicação fluídica com a passagem de óleo integrada, na qual pelo menos duas da pluralidade de passagens de distribuição são fluidicamente ligadas com a passagem de óleo integrada através da cavidade; em que a cavidade é uma cavidade aberta que é formada duran- te uma operação de fundição usada para formar o cárter.

8. Cárter de acordo com a reivindicação 7, em que a cavidade inclui uma parte de entrada adjacente à passagem de óleo integrada, e pelo menos uma parte de saída que conecta fluidicamente a parte de entrada com a pelo menos uma da pluralidade de passagens de distribuição.

9. Cárter de acordo com a reivindicação 7, em que o cárter é construído de metal, e pelo menos uma passagem de óleo integrada e pelo menos uma da pluralidade de passagens de distribuição é formada usando uma operação de perfuração com brocas de canhão (gun drilling).

10. Cárter de acordo com a reivindicação 7, em que o cárter ter uma configuração em 'V' e no qual a cavidade tem a forma de uma asa de gaivota.

11. Método para fabricação de um componente, compreendendo as etapas de: fundir um componente e formar uma cavidade no seu interior; perfurar pelo menos uma passagem de fluido adicional no com- ponente que se conecta fluidicamente com a pelo menos uma passagem de fluido através da cavidade.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que a etapa de fundir inclui as etapas de formar um molde e ventar metal em fusão no molde.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, ainda compreen- dendo a etapa de remover material de molde solto da cavidade.

14. Método de acordo com a etapa 11, em que a cavidade é for- mada no componente na forma de uma asa de gaivota.