ES2312696T3 - Una camisa de cilindro para un motor de combustion interna y un motor provisto de una camisa de este tipo. - Google Patents

Abstract

Un motor (5) de combustión interna que comprende un bloque motor (6) provisto de al menos un cilindro (7), una camisa (8) colocada en dicho cilindro (7), una culata (12) montada sobre dicho bloque motor (6) y medios (16) de cierre hermético interpuestos entre dicho bloque motor (6) y dicha culata (12) para proporcionar una unión hermética a gases alrededor de dicho cilindro (7), comprendiendo dichos medios de cierre hermético un elemento (16) elástico anular que forma parte de dicha camisa (8) y adaptados para cooperar de forma hermética a los fluidos con dicha culata (12), comprendiendo la camisa (8) una pared (9) lateral cilíndrica y un collar (10) que se extiende exteriormente desde un extremo superior de la pared (9) lateral y alojado en un asiento (17) anular del bloque motor (6), estando dicho elemento elástico anular formado por al menos una parte de dicho collar (10), caracterizado porque dicho elemento (16) elástico está unido hacia arriba mediante una superficie libre que sobresale con respecto a una superficie superior de dicho bloque motor (6) cuando dicho elemento (16) elástico no está deformado y que está adaptado para cooperar en un ajuste forzado con dicha culata tras el montaje de dicha culata (12) sobre dicho bloque motor.

Description

Una camisa de cilindro para un motor de combustión interna y un motor provisto de una camisa de este tipo.

La presente invención se refiere a una camisa de cilindro para un motor de combustión interna y un motor que comprende una camisa de este tipo.

Los motores de combustión interna comprenden generalmente un bloque motor moldeado a partir de una aleación metálica adecuada, generalmente fundición o una aleación de aluminio, y que define una pluralidad de cilindros, y una culata que está montada de forma hermética a los fluidos sobre el bloque motor con la interposición de una junta.

Los cilindros están revestidos internamente con manguitos o camisas respectivos que están hechos a partir de un material (generalmente fundición especial) diseñado para resistir las tensiones mecánicas, térmicas y químicas a las que están sometidos por los gases resultantes de la combustión; las camisas tienen que someterse a mecanizado de alta precisión para guiar adecuadamente el movimiento alternativo del pistón asociado.

Además, las camisas están normalmente provistas de un collar externo superior que está alojado en una escotadura anular del bloque motor que rodea el cilindro respectivo.

Con vistas a lograr la hermeticidad a gases requerida, la culata tiene una superficie inferior que está adaptada para unirse con una superficie superior correspondiente del bloque motor con la interposición de una junta plana. Esta junta se extiende básicamente por encima de toda la superficie de contacto entre el bloque motor y la culata y está provista de una serie de aberturas correspondientes a los cilindros y a los diversos conductos para la circulación de refrigerante y lubricante. Ventajosamente, con vistas a garantizar la hermeticidad a los fluidos en la zona anular que rodea los cilindros en presencia de presiones de gas del orden de 180 bar (18 MPa), las juntas conocidas tienen zonas anulares elásticas, de espesor aumentado, que cooperan con los collares de las camisas de los cilindros.

Estas juntas son bastante caras y contribuyen de manera nada despreciable a los costes de producción globales del motor y a los posibles costes de las operaciones de mantenimiento posteriores que implican su sustitución.

Otro problema asociado con el uso de una junta es el hecho de que el apriete de los tornillos usados para fijar la culata sobre el bloque motor tiene como resultado una distribución no uniforme de las presiones de contacto, que es mayor cerca de los tornillos y menor en las zonas intermedias.

El control de las presiones de contacto eficaces sobre la junta y, por tanto, la eficacia de la junta hermética, es crítica e impone tolerancias de producción muy limitadas que son difíciles y caras de mantener. Los documentos DE3530411 y DE2442352 desvelan revestimientos interiores de cilindros para colocar dentro de los bloques motores que definen cilindros, equipados con elementos elásticos para mejorar la hermeticidad a los fluidos entre el revestimiento interior del cilindro y la culata. Sin embargo, la hermeticidad a los fluidos se debe garantizar mediante un anillo de cierre rígido. Las soluciones propuestas son todavía insatisfactorias en cuanto a hermeticidad a los fluidos y facilidad de mecanizado de los diversos componentes.

El objeto de la presente invención es concebir un motor de combustión interna que haga posible eliminar la junta entre el bloque motor y la culata, así como los problemas asociados con la misma.

Según la presente invención, este objeto se logra mediante un motor de combustión interna que comprende un bloque motor provisto de al menos un cilindro, una camisa colocada en dicho cilindro, una culata montada sobre dicho bloque motor y medios de cierre hermético interpuestos entre dicho bloque motor y dicha culata para proporcionar una unión hermética a gases alrededor de dicho cilindro, comprendiendo dichos medios de cierre hermético un elemento elástico anular que forma parte de dicha camisa y adaptado para cooperar con dicha culata de forma hermética a los fluidos, comprendiendo la camisa una pared lateral cilíndrica y un collar que se extiende exteriormente desde un extremo superior de la pared lateral y alojado en un asiento anular del bloque motor, estando dicho elemento elástico anular formado por al menos una parte de dicho collar, caracterizado porque dicho elemento elástico está unido hacia arriba mediante una superficie libre que sobresale con respecto a una superficie superior de dicho bloque motor cuando dicho elemento elástico no está deformado y que está adaptado para cooperar en un ajuste forzado con dicha culata tras el montaje de dicha culata sobre dicho bloque motor.

Según una forma de realización preferida de la invención, la camisa del cilindro comprende una pared lateral cilíndrica y un collar superior que forma un único cuerpo con la pared lateral y alojada en un asiento del bloque motor coaxial al cilindro y que define de forma integral dicho elemento elástico.

Con vistas a una mejor comprensión de la invención, se describirá a continuación una forma preferida de realización, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la fig. 1 es una sección parcial de un motor de combustión interna con la culata y el bloque motor separados uno de otro, y

la fig. 2 es una sección análoga a la de la figura 1, con la culata montada sobre el bloque motor.

En referencia ahora a las figuras 1 y 2, el número de referencia 5 generalmente indica un motor de combustión interna que comprende un bloque motor 6 provisto de una pluralidad de cilindros 7, sólo uno de los cuales se ilustra de forma parcial. El motor 5 comprende además una culata 12, ilustrada parcialmente, que está adaptada para fijarse al bloque motor 6 por medio de tornillos (no mostrados); la culata 12 define las cámaras de combustión (no mostradas por simplicidad) y aloja de manera conocida las válvulas de entrada y expulsión de los cilindros, que tampoco se muestran. La culata 12 está unida en la parte inferior mediante una superficie 13 plana inferior adaptada para unirse con una superficie 14 plana superior correspondiente del bloque motor 6.

El cilindro 7 está revestido internamente con una camisa 8 que comprende una pared 9 lateral cilíndrica y un collar 10 anular exterior que está fijado firmemente a un extremo superior de la pared 9 lateral. El collar 10 puede ser integral con la pared 9 lateral, como se muestra en los dibujos, o aplicado a la misma.

El collar 10 está alojado en un asiento 17 anular del bloque motor 6, que es coaxial con el cilindro 7 y que está definido por una escotadura en la superficie 14 superior que rodea al cilindro 7 y hace tope contra un hombro 18 delimitando hacia abajo el asiento 17.

La pared 9 lateral está mecanizada internamente con el máximo grado de precisión, para guiar con mínimo desgaste el movimiento alternativo de un pistón 11 correspondiente (indicado esquemáticamente con línea discontinua) y se produce a partir de un material (por ejemplo, una fundición especial o acero inoxidable) diseñado para resistir las tensiones mecánicas y térmicas y la corrosión química de los gases de combustión.

Según la invención, la camisa 8 está provista de un elemento 16 elástico anular adaptado para deformarse elásticamente cuando la culata 12 está instalada sobre el bloque motor 6 y para cooperar de forma hermética a los fluidos con la superficie 13 inferior de la culata 12 como resultado de la reacción elástica provocada por esta deformación.

Preferiblemente, el elemento 16 está formado por una parte deformable del collar 10 y tiene una superficie 22 libre superior que se puede ajustar de forma forzada contra la superficie 13 plana de la culata 12. Ventajosamente, el elemento 16 está definido por una acanaladura 25 anular que está provista en una superficie 20 lateral del collar 10 y que lo separa de una parte 24 inferior del collar 10 básicamente rígido que coopera con el hombro 18 del bloque motor 6.

Según la forma de realización preferida ilustrada, el ajuste forzado entre la superficie 22 libre del elemento 16 elástico y la superficie 13 de la culata se logra porque el elemento 16 elástico sobresale hacia arriba una cantidad h con respecto a la superficie 14 plana del bloque motor 6 cuando la culata 12 se separa del bloque motor 6 como en la figura 1 y el elemento 16 elástico está en una condición no deformada. En particular, la superficie 22 libre se forma con un ligero avellanado \alpha para mostrar, en sección, un perfil que aumenta desde el interior (donde está básicamente al nivel de la superficie 14 superior del bloque motor 6) hasta el exterior, donde sobresale con respecto a la superficie 14.

La superficie 22 libre está dispuesta al nivel de la superficie 14 del bloque motor 6 tras la deformación elástica provocada por la fijación de la culata 12 sobre el bloque motor 6, como se indica en la figura 2.

Para lograr un junta hermética a gases a las presiones máximas que se pueden alcanzar dentro de los cilindros de los motores diesel modernos, ventajosamente la extensión del saliente h respecto a la superficie 14 del bloque motor 6 puede ser del orden de magnitud de varias centésimas de milímetro, por ejemplo entre 0,01 y 0,1 mm y, preferiblemente, entre 0,03 y 0,065 mm. A su vez, el avellanado \alpha de la superficie 22 libre con respecto a un plano perpendicular al eje de la camisa 8 puede ser de entre 1º y 3º y, preferiblemente, igual a aproximadamente 2º.

Cuando la culata 12 se está fijando sobre el bloque motor 6, el elemento 16 elástico se deforma y lleva la superficie 22 libre al nivel de la superficie 14 plana del bloque motor 6. De esta forma, el elemento 16 elástico ejerce una fuerza contra la superficie 13 plana de la culata 12 suficiente para garantizar una junta hermética a gases perfecta de la camisa 8 del cilindro 7, a la presión máxima proporcionada para el funcionamiento del motor 5.

Con vistas a compensar cualquier tolerancia de producción entre la altura del asiento 17 del bloque motor 6 y la del collar 10 de la camisa 8, es posible proporcionar entre el collar 10 y el hombro 18 del asiento 17 un espesor de compensación que se conoce per se y no se indica en los dibujos.

Es evidente a partir de lo anterior que se puede lograr la junta hermética a los gases de combustión, según la presente invención, sin el uso de una junta entre el bloque motor 6 y la culata 12 del motor 5. De esta forma, los problemas asociados con el uso de los medios convencionales anteriormente mencionados se eliminan.

Opcionalmente, para garantizar un junta hermética entre el bloque motor 6 y la culata 12 alrededor de los conductos para el refrigerante y el aceite lubricante, que son menos críticos, es posible usar un adhesivo o anillos de cierre simples del tipo conocido como juntas tóricas.

Es evidente que el motor descrito y, en particular, la camisa 8 diseñada según la invención, pueden estar sujetos a modificaciones y mejoras sin alejarse del alcance de las reivindicaciones. Por ejemplo, el collar 10 y la pared 9 lateral de la camisa 8 se pueden producir como partes separadas y montarse posteriormente. El collar 10 y la superficie 22 pueden ser de cualquier forma adecuada para el propósito.

Finalmente, la invención se puede aplicar a diversos tipos de motor de combustión interna, diesel o de ignición controlada, incluyendo motores refrigerados por aire y motores de dos tiempos.

Claims (10)

1. Un motor (5) de combustión interna que comprende un bloque motor (6) provisto de al menos un cilindro (7), una camisa (8) colocada en dicho cilindro (7), una culata (12) montada sobre dicho bloque motor (6) y medios (16) de cierre hermético interpuestos entre dicho bloque motor (6) y dicha culata (12) para proporcionar una unión hermética a gases alrededor de dicho cilindro (7), comprendiendo dichos medios de cierre hermético un elemento (16) elástico anular que forma parte de dicha camisa (8) y adaptados para cooperar de forma hermética a los fluidos con dicha culata (12), comprendiendo la camisa (8) una pared (9) lateral cilíndrica y un collar (10) que se extiende exteriormente desde un extremo superior de la pared (9) lateral y alojado en un asiento (17) anular del bloque motor (6), estando dicho elemento elástico anular formado por al menos una parte de dicho collar (10), caracterizado porque dicho elemento (16) elástico está unido hacia arriba mediante una superficie libre que sobresale con respecto a una superficie superior de dicho bloque motor (6) cuando dicho elemento (16) elástico no está deformado y que está adaptado para cooperar en un ajuste forzado con dicha culata tras el montaje de dicha culata (12) sobre dicho bloque motor.

2. Un motor según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho collar (10) tiene una acanaladura anular que define una parte superior deformable elásticamente de dicho collar que forma dicho elemento elástico anular y una parte inferior dispuesta para hacer tope contra un hombro inferior de dicho asiento.

3. Un motor según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha superficie (22) libre tiene un avellanado (\alpha) con un perfil que aumenta desde el interior hacia el exterior para sobresalir respecto a la superficie (14) superior de dicho bloque motor (6) a lo largo de un borde
exterior del mismo.

4. Un motor según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho avellanado (\alpha) está entre 1º
y 3º.

5. Un motor según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque dicha superficie (22) libre sobresale con respecto a la superficie (14) superior de dicho bloque motor una cantidad de entre 0,01 a 0,1 mm.

6. Una camisa (8) para un cilindro (7) de un motor (5) de combustión interna provisto de un bloque motor (6) que define dicho cilindro (7) y con una culata (12), comprendiendo dicha camisa un elemento (16) elástico anular adaptado para cooperar de forma hermética a los fluidos con dicha culata (12) de dicho motor (5), caracterizada porque dicho elemento (16) elástico está unido hacia arriba por una superficie (22) libre adaptada para cooperar en un ajuste forzado con dicha culata (12) tras el montaje de dicha culata (12) sobre dicho bloque motor (6).

7. Una camisa según la reivindicación 6, caracterizada por comprender una pared (9) lateral del cilindro y un collar (10) que se extiende externamente desde un extremo superior de la pared (9) lateral, estando dicho elemento (16) elástico anular formado por al menos una parte de dicho collar (10).

8. Una camisa según la reivindicación 7, caracterizada porque dicho collar (10) tiene una acanaladura (25) anular periférica que define una parte superior deformable elásticamente de dicho collar (10), que forma dicho elemento (16) elástico anular, y una parte (24) inferior adaptada para ser dispuesta a tope contra un hombro inferior de un asiento (17) de dicho bloque motor (6).

9. Una camisa según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizada porque dicha superficie (22) libre tiene un avellanado (\alpha) con un perfil que aumenta desde el interior hacia el exterior.

10. Una camisa según la reivindicación 9, caracterizada porque dicho avellanado (\alpha) está entre 1º
y 3º.