ES2281502T3 - Carter de cilindros para un motor de combustion interna refrigerado por liquido. - Google Patents
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Abstract
Cárter de cilindros para un motor de combustión interna refrigerado por líquido, que comprende - un bloque motor (2) fabricado a partir de una aleación de aluminio y dotado de asientos de apoyo (4) conformados en una cubierta (3) por el lado del cigüeñal y tubos cilíndricos (5) dispuestos en una sola pieza sobre ellos, - los cuales limitan, junto con paredes envolventes (6, 6'') conformadas en éstos, unos espacios de refrigerante (7, 7'') del lado de la culata, - en donde unas pipas de tornillo (8) conformadas en las paredes envolventes relativamente cortas o bajas (6, 6'') y que sirven para realizar un atornillamiento de la culata están dispuestas en unión conductora de fuerza con la cubierta (3) a través de tabiques (9) dispuestos en los tubos cilíndricos (5), - en donde, además, el bloque motor (2) de aluminio está incrustado en un cárter (10) fabricado de una aleación de magnesio y dotado de tramos de pared (12, 12'') que limitan un espacio de cigüeñal (11) y que - están unidos uno con otroa través de uniones transversales (13) con asientos de apoyo (4) incrustados, así como - el cárter (10) de magnesio formado con canales de aceite (14, 15) está rigidizado en una primera zona extrema por medio de un conducto frontal (16) dispuesto formando una sola pieza y - en la otra segunda zona extrema abraza a unos bujes roscados (18) dispuestos apoyados en el bloque motor (2) de aluminio a través de nervios (17) para establecer una conexión soltable de una campana de un embrague o de una transmisión, y - en donde, finalmente, el cárter (10) de magnesio está unido adicionalmente con el bloque motor (2) de aluminio a través de unas perforaciones y unos canales rellenables distribuidos en éste y atravesados por la aleación de magnesio.
Description
Cárter de cilindros para un motor de combustión
interna refrigerado por líquido.
La invención se refiere a un cárter de cilindros
para un motor de combustión interna refrigerado por líquido.
Para reducir el peso de un cárter de cilindros
es conocido el recurso de fabricar el bloque motor altamente
cargado, constituido sustancialmente por los cilindros con cojinetes
de cigüeñal directa o indirectamente conformados en ellos, a partir
preferiblemente de un material apto para ser sometido a mayores
cargas y construir por separado las paredes del cárter menos
cargadas a partir de un material más ligero y especialmente
consolidado con una pared delgada, teniendo en cuenta al propio
tiempo una conducción separada para medios de trabajo líquidos que
esté adaptada al material.
Se conoce por el documento DE 43 06 269 A1 un
cárter de cilindros para un motor de combustión interna refrigerado
por líquido en el que un bloque motor con asientos de apoyo
conformados en una cubierta por el lado del cigüeñal y tubos
cilíndricos dispuestos en una sola pieza sobre ellos está rodeada
por una camisa de cárter, estando la camisa del cárter dispuesta en
unión sellable con la cubierta a través de una brida para separar el
espacio del cigüeñal conductor del aceite de lubricación y un
espacio de refrigerante asociado a los tubos cilíndricos. Para este
cárter de cilindros representado únicamente como principio de
construcción es imaginable el empleo de materiales diferentes para
el bloque motor y el encamisado, pero este cárter de cilindros queda
excluido como prototipo para un motor de combustión interna apto
para funcionar.
Por el contrario, el documento DE 44 09 750 A1
muestra y describe un prototipo de cárter de cilindros para un motor
de combustión interna refrigerado por líquido con un cárter
constituido sustancialmente por magnesio y dotado de un inserto de
cilindros que comprende varios tubos cilíndricos dispuestos en fila.
Para la conducción de medios de trabajo líquidos separada y
adaptada al material, el inserto de cilindros hecho de una aleación
de aluminio y recubierto por el magnesio presenta en la zona extrema
del lado de la culata una pared envolvente que rodea a los tubos
cilíndricos unidos uno con otro y que está destinada a formar un
espacio de refrigerante, de modo que se conduce aceite lubricante
como otro medio de trabajo líquido preferiblemente en canales
formados en el cárter de magnesio. En este cárter de cilindros
conocido se asegura ciertamente que el agua de refrigeración no sea
conducida como refrigerante en el cárter de magnesio, pero este
cárter de magnesio con asientos de apoyo integrados en construcción
ligera es poco adecuado para un motor de combustión interna de alta
potencia.
Frente a esto, el documento EP 0 751 289 B1
describe un cárter de cilindros para un motor de combustión interna
refrigerado por líquido en el que un bloque motor fabricado con un
material de hierro y dotado de asientos de apoyo dispuestos por un
lado en una cubierta y de tubos cilíndricos previstos por el otro
lado se utiliza en un cárter de aluminio fabricado por fundición
envolvente. Como se desprende de los dibujos de este documento, la
culata, no representada, está atornillada en el cárter de aluminio,
mientras que las tapas de los cojinetes del cigüeñal están
atornilladas con los asientos de apoyo hechos del material de
hierro. Por tanto, el flujo de fuerza entre la culata y las tapas
de cojinete del cigüeñal discurre de manera desventajosa a través de
materiales con diferentes valores de dilatación térmica. Esto
requiere, por ejemplo, una junta de culata con una compresión
especialmente alta.
Estos problemas se evitan en un cárter de
cilindros para un motor de combustión interna refrigerado por
líquido según el documento DE 195 40 763 C1, en el que en un bloque
motor fabricado con un material de hierro y dotado de asientos de
apoyo dispuestos por un lado en una cubierta y de tubos cilíndricos
previstos por el otro lado en una sola pieza están previstas
adicionalmente unas pipas de tornillo relativamente autoestables
para el atornillamiento de la culata. Este bloque motor
relativamente pesado puede estar recubierto por un cárter hecho de
una aleación de aluminio o de magnesio, si bien para el caso de un
cárter de magnesio hay que prever una costosa protección contra la
corrosión a fin de evitar un desventajoso contacto con el agua de
refrigeración.
La invención se basa en el problema de indicar
para un cárter de cilindros fabricado en fundición compuesta de una
aleación de aluminio y una aleación de magnesio una estructura que
absorba con seguridad fuerzas y pares y que permita una conducción
separada y adaptada al material para los medios de trabajo líquidos
necesarios.
Este problema se resuelve con la reivindicación
1.
La ventaja de la invención estriba en que, por
un lado, el bloque motor hecho de una aleación de aluminio y
formado con espacios de refrigerante absorbe el flujo de fuerza
entre la culata y las tapas de cojinete del cigüeñal y, por otro
lado, éstas, al verter la masa fundida de una aleación de magnesio
para el cárter a través de perforaciones y canales rellenables,
forma con el bloque motor de aluminio una unidad rígida a la
flexión y resistente a la torsión que está ventajosamente apuntalada
por formaciones de detalle deliberadas del cárter de magnesio.
En las reivindicaciones subordinadas se
describen ejecuciones ventajosas.
Se describe la invención con ayuda de un ejemplo
de realización representado en el dibujo. Muestran:
La figura 1, un cárter de cilindros en vista en
perspectiva,
La figura 2, un bloque motor según la invención
en vista en perspectiva,
La figura 3, una sección a través del bloque
motor según la línea III-III de la figura 2,
La figura 4, una sección según la línea
IV-IV en el cárter de cilindros conforme a la figura
1 y
La figura 5, una sección de detalle a través de
un cárter de cilindros de construcción modificada.
Un cárter de cilindros 1 para un motor de
combustión interna no mostrado con más detalle, refrigerado por
líquido, comprende un bloque motor 2 fabricado con una aleación de
aluminio y dotado de asientos de apoyo 8 conformados en una
cubierta 3 por el lado del cigüeñal y de tubos cilíndricos 5
dispuestos en una sola pieza encima de dichos asientos, cuyos tubos
limitan con paredes envolventes 6, 6' conformados en ellos unos
espacios de refrigerante 7, 7' del lado de la culata.
En las paredes envolventes relativamente cortas
o bajas 6, 6' están conformadas unas pipas de tornillo 8 que sirven
para atornillar la culata y que están dispuestas en unión conductora
de fuerza con la cubierta 3 y con los asientos de apoyo 4 a través
de unos tabiques 9 dispuestos en los tubos cilíndricos 5. Se asegura
así de manera ventajosa que el flujo de fuerza entre la culata no
mostrada del motor de combustión interna, no representado con más
detalle, y las tapas de cojinete correspondientes a los asientos de
apoyo 4 discurra exclusivamente en el bloque motor 2 de aluminio que
presenta una mayor resistencia.
Para lograr un cárter de cilindros 1 que tenga
poco peso y, no obstante, sea altamente rígido, el bloque motor 2 de
aluminio está incrustado en un cárter 10 fabricado en una aleación
de magnesio y dotado de tramos de pared 12, 12' que limitan un
espacio de cigüeñal 11.
Como puede apreciarse con más detalle en la
figura 4, los tramos de pared 12, 12' del cárter enfrentados uno a
otro están unidos entre sí por medio de uniones transversales 13,
estando incrustado en unas uniones transversales 13 que rigidizan
los tramos de pared 12, 12' del cárter un respectivo asiento de
apoyo 4. Entre las uniones transversales 13 de los tramos de pared
12, 12' del cárter y los asientos de apoyo 4 recubiertos de
fundición se logran de manera ventajosa unas uniones de contracción
que sirven para distribuir fuerzas y pares hacia el bloque motor 2
de aluminio y el cárter 10 de magnesio.
El cárter 10 de magnesio formado exclusivamente
con canales de aceite 14, 15 para conducir el aceite de lubricación
está rigidizado, especialmente rigidizado a la torsión, en una
primera zona extrema por medio de un conducto frontal 16 dispuesto
formando una sola pieza.
En la segunda otra zona extrema el cárter de
magnesio 10 abraza a unos bujes roscados 18 apoyados en el bloque
motor 2 de aluminio a través de nervios 17 y que sirven para
establecer una conexión soltable de una campana de embrague o de
transmisión no mostrada.
Para lograr un afianzamiento adicional entre el
cárter 10 de magnesio y el bloque motor 2 de aluminio se han
previsto adicionalmente en éste unas perforaciones y unos canales
rellenables dispuestos en forma distribuida y atravesados por la
aleación de aluminio durante su colada, tal como se describirá con
más detalle.
Como puede apreciarse en la figura 2, el bloque
motor 2 de aluminio comprende tubos cilíndricos 5 unidos con la
cubierta 3 y uno con otro, con lo que las paredes envolventes 6, 6'
limitan unos espacios de refrigerante 7, 7' separados uno de otro
por medio de los tubos cilíndricos unidos 5. Como puede apreciarse
también en la figura 2, el espacio de refrigerante 7' del lado del
gas de escape está provisto de un tubo de entrada 19 de aluminio
que atraviesa el cárter 10 de magnesio y, además, el espacio de
refrigerante 7 del lado de aspiración de aire presenta un canal
ascendente de salida 20 que está dispuesto en la primera zona
extrema del bloque motor 2 de aluminio y que está unido con una
acometida del lado de la culata.
Como puede apreciarse en las figuras 1 y 4, los
tubos cilíndricos 5 y las paredes envolventes 6, 6' del bloque motor
2 de aluminio terminan junto con el cárter 10 de magnesio en
posición enrasada por el lado de la culata en una superficie de
sellado común 21, y, para establecer un amarre adicional cercano a
la superficie de sellado, el cárter de magnesio 10 está unido
adicionalmente por ajuste de forma por medio de perforaciones 22
atravesables durante la colada en unas bridas 23 que unen unas pipas
de tornillo 8 sobre las paredes envolventes 6, 6' por el lado
exterior y por debajo de la superficie de sellado 21.
Las figuras 2 y 3 muestran que las pipas de
tornillo 8 están formadas sobresaliendo de las paredes envolventes
6, 6' por el lado de la cubierta y están dispuestas en unión
conductora de fuerza con la cubierta 3 a través de dos respectivos
tabiques 9 mutuamente distanciados por debajo de los espacios de
refrigerante 7, 7' de los tubos cilíndricos 5, formando ambos
tabiques 9 con un tramo de tubo cilíndrico, por un lado, y con una
pared intermedia 24 de unión de los tabiques, por otro lado, un
canal 25 -figura 4- que puede rellenarse de material fundido al
colar el cárter 10 de magnesio alrededor del bloque motor 2 de
aluminio, a fin de afianzar el cárter 10 de magnesio bajo ajuste de
forma, aproximadamente a la mitad de la altura de dicho cárter, con
el inserto 2 de cilindros de aluminio.
Como puede verse especialmente en la figura 2,
los asientos de apoyo 4 en el bloque motor 2 de aluminio presentan
cada uno de ellos en ambos lados frontales, para aumentar en ciertas
zonas la sección transversal de las uniones transversales 13 del
cárter de magnesio 10, una cavidad 26 a manera de acanaladura, con
lo que se han logrado de manera ventajosa unos cinturones de gruesa
sección transversal en las uniones transversales 13 para
proporcionar una rigidización ventajosa de los tramos de pared 12,
12' del cárter 10. En cuanto a las uniones atornilladas de las tapas
de cojinete en los asientos de apoyo 4 de aluminio, se han dispuesto
unas limitaciones 27 de las cavidades 26 por el lado del cigüeñal a
una distancia del plano medio de un cojinete dividido 26 del
cigüeñal que es suficiente para proporcionar una unión atornillada
portante 28 de las tapas de cojinete en los asientos de apoyo 4.
Para aumentar el afianzamiento de ajuste de
forma de las uniones transversales 13 del cárter de magnesio 10 con
los asientos de apoyo 4 de aluminio, estos asientos de apoyo 4
presentan según la figura 2 unas prolongaciones laterales 30 con
perforaciones 31 que pueden rellenarse de material fundido durante
la colada del cárter de magnesio 10. Con esta configuración, el
cárter 10 de magnesio queda afianzado también en el extremo inferior
con el bloque motor 2 de aluminio.
Como puede apreciarse especialmente en la figura
3, los tubos cilíndricos 5 presentan entre la cubierta 3 y el lado
inferior del respectivo espacio de refrigerante 7, 7' unos nervios
de rigidización 32 dispuestos aproximadamente en posición centrada
entre los tabiques 9 de las pipas de tornillo 8. Estos nervios de
rigidización 32 que sirven para rigidizar los tubos cilíndricos 5
agrandan de manera ventajosa la superficie del bloque motor 2 de
aluminio para establecer un amarre de ajuste de material del cárter
10 de magnesio.
Para lograr una rigidización o un reforzamiento
adicional del cárter de cilindros 1, las tapas de cojinete no
mostradas, correspondientes a los asientos de apoyo 4, pueden estar
integradas en un marco de apoyo no representado, comprendiendo los
cojinetes 29 del cigüeñal unas piezas incrustadas de fundición
formadas eventualmente de un material de hierro para lograr una
pequeña holgura de rodadura.
Por último, se consigue una rigidización
adicional contra cargas de flexión y de torsión haciendo que en el
cárter 10 de magnesio estén previstos unos canales de purga de aire
33 y unos canales de retorno de aceite 15 que estén distribuidos
por los dos lados longitudinales y que presenten cada uno de ellos
una sección transversal rectangular 34 orientada en dirección
transversal al eje longitudinal del motor, estando unidas las
paredes de los canales 15, 33 con nervios longitudinales 35 del
cárter y estando previstas en las zonas de unión de los canales y
los nervios longitudinales 35 unas pipas 36 diseñadas para tornillos
de aluminio y destinadas a conectar elementos de soporte del motor
y/o grupos secundarios.
Para lograr sitios de conexión aptos para
mayores cargas pueden estar dispuestos en uno o varios asientos de
apoyo 4 colocados en el bloque motor 2 de aluminio unos muñones
lateralmente dirigidos 37 que atraviesen el cárter 10 de magnesio y
que estén dotados de sendas roscas de atornillamiento para tornillos
de aluminio destinados a fijar equipos separados
(figura 5).
(figura 5).
Por último, para lograr una superficie de
sellado 21 de material unitario puede estar previsto también que el
bloque motor 2 de aluminio presente en las paredes envolventes 6, 6'
unas bridas de sellado 38 que estén configuradas en forma enrasada
con los tubos cilíndricos 5 y que cubran el cárter 10 de
magnesio.
El marco de apoyo citado más arriba y que da
alojamiento a los asientos de apoyo 4 es preferiblemente también de
una aleación de magnesio.
El cárter de cilindros 1 configurado según la
invención está concebido de modo que, de entre los medios de trabajo
líquidos, el agua de refrigeración sea conducida exclusivamente en
piezas de aluminio, mientras que el aceite lubricante es
transportado principalmente en piezas de magnesio.
Como aleación de aluminio se piensa
preferiblemente en un compuesto eutéctico o supereutéctico de
aluminio-silicio.
Claims (11)
1. Cárter de cilindros para un motor de
combustión interna refrigerado por líquido, que comprende
- un bloque motor (2) fabricado a partir de una
aleación de aluminio y dotado de asientos de apoyo (4) conformados
en una cubierta (3) por el lado del cigüeñal y tubos cilíndricos (5)
dispuestos en una sola pieza sobre ellos,
- los cuales limitan, junto con paredes
envolventes (6, 6') conformadas en éstos, unos espacios de
refrigerante (7, 7') del lado de la culata,
- en donde unas pipas de tornillo (8)
conformadas en las paredes envolventes relativamente cortas o bajas
(6, 6') y que sirven para realizar un atornillamiento de la culata
están dispuestas en unión conductora de fuerza con la cubierta (3) a
través de tabiques (9) dispuestos en los tubos cilíndricos (5),
- en donde, además, el bloque motor (2) de
aluminio está incrustado en un cárter (10) fabricado de una aleación
de magnesio y dotado de tramos de pared (12, 12') que limitan un
espacio de cigüeñal (11) y que
- están unidos uno con otro a través de uniones
transversales (13) con asientos de apoyo (4) incrustados, así
como
- el cárter (10) de magnesio formado con canales
de aceite (14, 15) está rigidizado en una primera zona extrema por
medio de un conducto frontal (16) dispuesto formando una sola pieza
y
- en la otra segunda zona extrema abraza a unos
bujes roscados (18) dispuestos apoyados en el bloque motor (2) de
aluminio a través de nervios (17) para establecer una conexión
soltable de una campana de un embrague o de una transmisión, y
- en donde, finalmente, el cárter (10) de
magnesio está unido adicionalmente con el bloque motor (2) de
aluminio a través de unas perforaciones y unos canales rellenables
distribuidos en éste y atravesados por la aleación de magnesio.
2. Cárter de cilindros según la reivindicación
1, caracterizado porque
- el bloque motor (2) de aluminio comprende
tubos cilíndricos (5) unidos con la cubierta (3) y uno con otro
y
- las paredes envolventes (6, 6') limitan
espacios de refrigerante (7, 7') separados uno de otro a través de
tubos cilíndricos (5) correspondientemente unidos por tramos,
- estando el espacio de refrigerante (7') del
lado de los gases de escape provisto de un racor de entrada (19) de
aluminio que atraviesa el cárter (10) de magnesio y
- presentando el espacio de refrigerante (7) del
lado de aspiración de aire un canal ascendente de salida (20)
dispuesto en la primera zona extrema del bloque motor (2) de
aluminio.
3. Cárter de cilindros según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque
- los tubos cilíndricos (5) y las paredes
envolventes (6, 6') del bloque motor (2) de aluminio terminan
enrasados con el cárter (10) de magnesio por el lado de la culata en
una superficie de sellado común (21),
- estando el cárter (10) de magnesio unido
adicionalmente bajo ajuste de forma, por medio de perforaciones (22)
que pueden ser atravesadas durante la colada, en unas bridas (23)
que unen unas pipas de tornillo (8) dispuestas en el lado exterior
de las paredes envolventes (6, 6') por debajo de la superficie de
sellado (21).
4. Cárter de cilindros según las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
- las pipas de tornillo (8) están formadas
sobresaliento de las paredes envolventes (6, 6') por el lado de la
cubierta y
- están dispuestas en unión conductora de fuerza
con la cubierta (3) a través de dos respectivos tabiques (9)
distanciados mutuamente por debajo de los espacios de refrigerante
(7, 7') en los tubos cilíndricos (5),
- formando ambos tabiques (9) con un tramo de
tubo cilíndrico, por un lado, y una pared intermedia (24) que une
los tabiques, por otro lado, un canal (25) que puede rellenarse con
el material fundido al colar el cárter (10) de magnesio alrededor
del bloque motor (2) de aluminio y que está destinado a establecer
otro afianzamiento de ajuste de forma del cárter (10) con el inserto
de cilindros (2).
5. Cárter de cilindros según una o más de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque
- los asientos de apoyo (4) presentan, para
aumentar por zonas la sección transversal de las uniones
transversales (13) del cárter (10) de magnesio, una cavidad (26) a
manera de acanaladura dispuesta en cada uno de ambos lados
extremos,
- estando dispuestas unas limitaciones (27) de
las cavidades (26) por el lado del cigüeñal a una distancia del
plano medio de un cojinete de cigüeñal dividido (29) que sea
suficiente para establecer un atornillamiento portante (28) de las
tapas de cojinete en los asientos de apoyo (4).
6. Cárter de cilindros según la reivindicación
5, caracterizado porque
- los asientos de apoyo (4) presentan
prolongaciones laterales (30) con perforaciones (31) que
- pueden rellenarse con el material fundido al
colar el cárter (10) de magnesio para establecer un afianzamiento
de ajuste de forma de las uniones transversales (13) del cárter (10)
de magnesio con los asientos de apoyo (4) de aluminio.
7. Cárter de cilindros según una o más de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque los tubos
cilíndricos (5) presentan entre la cubierta (3) y el lado inferior
del respectivo espacio de refrigerante (7, 7') unos nervios de
rigidización (32) dispuestos en posiciones aproximadamente centradas
entre las parejas de tabiques (9) de las pipas de tornillo (8).
8. Cárter de cilindros según una o más de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque unas tapas de
cojinete correspondientes a los asientos de apoyo (4) están
integradas en un marco de apoyo (bancada) y los cojinetes (29) del
cigüeñal comprenden eventualmente piezas de fundición incrustadas
formadas de un material de hierro.
9. Cárter de cilindros según una o más de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque
- en el cárter (10) de magnesio están previstos
unos canales (33, 15) de purga de aire y de retorno de aceite
distribuidos por los dos lados longitudinales,
- los cuales presentan cada uno de ellos una
sección transversal rectangular (34) orientada transversalmente al
eje longitudinal del motor,
- estando unidas las paredes de los canales (15,
33) con nervios longitudinales (35) del cárter y
- estando previstas en las zonas de unión de
ambos canales unas pipas de tornillo (36) diseñadas para tornillos
de aluminio y destinadas a conectar elementos de soporte del motor
y/o grupos secundarios.
10. Cárter de cilindros según una o más de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque en uno o más de
los asientos de apoyo (4) montados en el bloque motor (2) de
aluminio están dispuestos unos muñones lateralmente dirigidos (37)
que atraviesan el cárter (10) de magnesio y que están dotados de
sendas roscas de atornillamiento para, en particular, tornillos de
aluminio destinados a fijar equipos separados.
11. Cárter de cilindros según una o más de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el bloque motor
(2) de aluminio presenta en las paredes envolventes (6, 6') unas
bridas de sellado (38) que están configuradas en forma enrasada con
los tubos cilíndricos (5) y que cubren el cárter (10) de
magnesio.
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