ITBO970558A1

ITBO970558A1 - COOLING CIRCUIT FOR ENDOTHERMAL ENGINES.

Info

Publication number: ITBO970558A1
Application number: IT97BO000558A
Authority: IT
Inventors: Vilmo Ferioli; Mario Mingozzi
Original assignee: Vm Motori Spa
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 1999-03-12
Also published as: ITBO970558A0; IT1295178B1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION entitled:

CIRCUITO DI RAFFREDDAMENTO PER MOTORI EN-DOTERMICI. COOLING CIRCUIT FOR ENDOTHERMIC ENGINES.

II presente trovato concerne un circuito di raffreddamento per motori endotermici, in particolare per il raffreddamento di pistoni. The present invention relates to a cooling circuit for internal combustion engines, in particular for cooling pistons.

Attualmente nell'architettura costruttiva dei motori endotermici, ed in particolare nei motori ad alte prestazioni sia a benzina, sia a Diesel, viene previsto un raffreddamento del cielo del pistone, dalla parte interna, attraverso il getto di olio lubrificante prelevato dal relativo circuito di utenza presente nel motore. Currently in the construction architecture of endothermic engines, and in particular in high-performance petrol and diesel engines, a cooling of the piston crown is provided, from the inside, through the jet of lubricating oil taken from the relative user circuit. present in the engine.

Per ottenere ciò (come visibile anche nella figura 1), nella soluzione più nota viene realizzato un condotto C su una parete laterale del basamento B del motore M da cui si dipartono dei condotti trasversali C1 sfocienti in prossimità dell’estremità inferiore di un relativo cilindro A entro cui scorre un corrispondente pistone P mosso da una relativa biella D incernierata ad una manovella facente parte di un albero a gomiti od albero motore AM {visibile solo in linea discontinua) sviluppantesi secondo un asse X e girevolmente supportato dai cosiddetti supporti di banco. To obtain this (as can also be seen in Figure 1), in the best known solution a duct C is made on a side wall of the crankcase B of the engine M from which transverse ducts C1 branch off, leading to the lower end of a relative cylinder. A within which slides a corresponding piston P moved by a relative connecting rod D hinged to a crank which is part of a crankshaft or crankshaft AM (visible only in a discontinuous line) extending along an axis X and rotatably supported by the so-called main supports.

Ad ogni suddetto condotto trasversale C1 viene associato un relativo tubo T sagomato ad "L" rovesciata che si sviluppa fino ad arrivare all'interno del relativo cilindro A, cioè in parte ortogonalmente rispetto allo sviluppo dell'asse X del motore M, per poter operare un getto di olio in corrispondenza del pistone P durante il suo moto alternato; quest'olio viene poi recuperato dall'apposito circuito posto sul fondo del basamento B. In corrispondenza di ogni condotto trasversale C1 è alloggiata una valvola V (normalmente in corpo unico con il tubo T) di chiusura del passaggio di olio nel caso in cui, come noto, la pressione del medesimo olio scenda sotto un determinato valore di riferimento, cioè con motore al minimo oppure con funzione del medesimo motore a bassi règimi nei quali è necessario comunque garantire la lubrificazione di base dei cinematìsmi dì base. To each aforesaid transversal duct C1 is associated a relative tube T shaped like an inverted "L" which extends until it reaches the relative cylinder A, that is, partly orthogonally with respect to the development of the X axis of the engine M, in order to operate a jet of oil at the piston P during its reciprocating motion; this oil is then recovered by the special circuit located on the bottom of the base B. A valve V is housed in correspondence with each transverse duct C1 (normally in a single body with the tube T) to close the oil passage in the event that, as is known, the pressure of the same oil falls below a certain reference value, ie with the engine at idle or with the same engine running at low speeds in which it is in any case necessary to guarantee the basic lubrication of the basic kinematics.

Questa architettura del circuito di raffreddamento presenta però alcuni inconvenienti: la particolare disposizione dei condotti sulla parete laterale del basamento rende necessario l'utilizzo di tubi presentanti un notevole sviluppo oltreché disposti a sbalzo all'interno del cilindro, rendendo estremamente critica l'affidabilità del tubo medesimo, nel tempo, a causa di vibrazioni ed usura. However, this architecture of the cooling circuit has some drawbacks: the particular arrangement of the ducts on the side wall of the base makes it necessary to use pipes with a considerable development as well as cantilevered inside the cylinder, making the reliability of the pipe extremely critical. over time, due to vibrations and wear.

Le eventuali sostituzioni dei tubi difettosi risultano estremamente difficili e lunghe da eseguire e quindi molto costose per l'utente. Any replacement of defective tubes is extremely difficult and time-consuming to perform and therefore very expensive for the user.

Lo scopo del presente trovato è pertanto quello di eliminare gli inconvenienti ora menzionati attraverso la realizzazione di un circuito di raffreddamento per motori endotermici, in particolare per la parte inferiore del cielo del pistone, con una architettura costruttiva tale da permettere una struttura del circuito estremamente compatta, affidabile nel tempo, estremamente comoda nel montaggio e con una elevata economia di realizzazione finale, il tutto mantenendo le elevate caratteristiche funzionali del motore. The purpose of the present invention is therefore to eliminate the aforementioned drawbacks by providing a cooling circuit for endothermic engines, in particular for the lower part of the piston crown, with a construction architecture such as to allow an extremely compact circuit structure. , reliable over time, extremely easy to assemble and with a high economy of final production, all while maintaining the high functional characteristics of the engine.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sottoriportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui: The technical characteristics of the invention, according to the aforementioned purposes, are clearly verifiable from the content of the claims reported below and the advantages thereof will become more evident in the detailed description that follows, made with reference to the attached drawings, which represent a purely exemplary embodiment and non-limiting, in which:

la figura 1 illustra una vista secondo una sezione trasversale di un motore endotermico provvisto di un circuito di raffreddamento dei pistoni di tipo noto con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre; Figure 1 illustrates a cross-sectional view of an internal combustion engine provided with a piston cooling circuit of a known type with some parts removed to better highlight others;

la figura 2 illustra una vista secondo una sezione longitudinale di un motore endotermico provvisto di un circuito di raffreddamento dei pistoni conformemente al presente trovato; Figure 2 shows a longitudinal section view of an internal combustion engine provided with a piston cooling circuit according to the present invention;

la figura 3 illustra un particolare del motore di cui a figura 2, ovvero un supporto di banco dotato del circuito di raffreddamento oggetto del presente trovato in una vista frontale con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre; Figure 3 shows a detail of the engine of Figure 2, ie a bench support equipped with the cooling circuit according to the present invention in a front view with some parts removed to better highlight others;

la figura 4 illustra il supporto di banco di cui a figura 3 in una vista frontale con alcune parti asportate per meglio evidenziarne altre; Figure 4 illustrates the bench support of Figure 3 in a front view with some parts removed to better highlight others;

la figura 5 illustra un particolare ingrandito riferito a figura 3 in una vista laterale in parziale sezione e ruotata rispetto a figura 3. figure 5 shows an enlarged detail referred to figure 3 in a side view in partial section and rotated with respect to figure 3.

Conformemente alle figure dei disegni allegati, e con particolare riferimento a figura 2, il circuito di raffreddamento in oggetto è inserito all’interno di motori endotermici, quali motori a benzina o a diesel, ed in particolare quelli ad alte prestazioni. In accordance with the figures of the attached drawings, and with particular reference to Figure 2, the cooling circuit in question is inserted inside endothermic engines, such as petrol or diesel engines, and in particular high-performance ones.

Tale motore, indicato nel suo complesso con 1 e, a puro titolo esemplificativo, con configurazione a quattro cilindri e di tipo diesel, comprende, tra l'altro, un basamento 2 alloggiente un albero motore 3 (un noto albero a gomiti), il quale è girevolmente e assialmente sostenuto da una pluralità di supporti di banco 4 associabili al basamento 2 in corrispondenza deH’inserimento del gruppo albero motore 3 -supporti 4 nel basamento 2 (secondo la freccia A di figura 2). This engine, indicated as a whole with 1 and, purely by way of example, with a four-cylinder and diesel-type configuration, includes, among other things, a crankcase 2 housing a crankshaft 3 (a known crankshaft), the which is rotatably and axially supported by a plurality of main supports 4 which can be associated with the base 2 in correspondence with the insertion of the drive shaft assembly 3-supports 4 in the base 2 (according to the arrow A of Figure 2).

Il gruppo albero motore 3 e supporti di banco 4 della soluzione in oggetto, infatti, risultano tra loro assemblabili precedentemente all'inserimento degli stessi all'interno del basamento 2; ogni supporto di banco 4 (come visibile nelle figure 3 e 4) è costituito da un elemento discoidale in due pezzi uniti in modo da permetterne l'inserimento nell'albero motore 3, e dotato di aperture e condotti sulla propria circonferenza esterna che realizzano un sistema di riferimento e collegamento con circuiti interni, come il circuito di lubrificazione 9 di utenza (che vedremo meglio in seguito), con i quali è possibile ottenere il posizionamento corretto degli stessi supporti dopo il loro inserimento nel basamento 2. The drive shaft assembly 3 and bench supports 4 of the solution in question, in fact, can be assembled together prior to their insertion inside the base 2; each bench support 4 (as visible in Figures 3 and 4) is made up of a disk-shaped element in two pieces joined together in such a way as to allow it to be inserted into the motor shaft 3, and equipped with openings and ducts on its external circumference which form a reference system and connection with internal circuits, such as the user lubrication circuit 9 (which we will see better later), with which it is possible to obtain the correct positioning of the same supports after their insertion in the base 2.

L'albero motore 3 è ruotatole attorno al proprio asse longitudinale X e risulta cinematicamente collegato, tramite manovelle 3m, ad una pluralità di elementi a biella 5 vincolati, ognuno sulla propria estremità libera, ad un corrispondente pistone 6 mobile di moto rettilineo alternato ed all'interno di un relativo cilindro 7. The crankshaft 3 is rotated around its own longitudinal axis X and is kinematically connected, by means of cranks 3m, to a plurality of connecting rod elements 5 constrained, each on its own free end, to a corresponding movable piston 6 of reciprocating rectilinear motion and to the inside of a relative cylinder 7.

Con 8 sono indicati dei mezzi di raffreddamento atti a dirigere un getto di fluido refrigerante in corrispondenza della superfide inferiore del cielo di ogni pistone 6 contraffacciata al suddetto albero motore 3. II fluido utilizzato da questi mezzi 8 per il raffreddamento è l'olio lubrificante prelevato dal suddetto circuito 9 di lubrificazione di utenza presente nel motore 1 e visibile parzialmente nella figura 4. Reference 8 indicates cooling means suitable for directing a jet of refrigerant fluid at the lower surface of the crown of each piston 6 facing the aforementioned crankshaft 3. The fluid used by these means 8 for cooling is the lubricating oil taken from the aforementioned user lubrication circuit 9 present in the motor 1 and partially visible in Figure 4.

Questi mezzi 8 di raffreddamento sono associati direttamente ai suddetti supporti di banco 4, i quali, nel caso illustrato nelle figure 3 e 4, sono costituiti, ognuno, dal suddetto elemento discoidale (preferenzialmente realizzato in alluminio) circonferenzialmente associabile ai basamento 2 e definente il prolungamento di una parete 10 contigua a due suddetti cilindri 7. These cooling means 8 are directly associated with the aforementioned bench supports 4, which, in the case illustrated in Figures 3 and 4, each consist of the aforementioned disc-shaped element (preferably made of aluminum) circumferentially associable with the base 2 and defining the extension of a wall 10 contiguous to two aforementioned cylinders 7.

Più precisamente, questi mezzi 8 di raffreddamento sono due per ogni supporto di banco 4 e sono associati in una zona di ognuno dei medesimi supporti di banco prossima alla suddetta parete contigua 10 in modo tale che questa coppia di mezzi 8 di raffreddamento agisca su relativi pistoni 6 adiacenti l’uno all’altro. More precisely, these cooling means 8 are two for each bench support 4 and are associated in an area of each of the same bench supports close to the aforementioned contiguous wall 10 in such a way that this pair of cooling means 8 acts on relative pistons. 6 adjacent to each other.

Come meglio osservabile nelle figure 3 e 4, i mezzi 8 di raffreddamento sono costituiti da una coppia di tubi 11 per ogni supporto di banco 4, fissati, a sbalzo, su ognuno dei medesimi supporti e su sue superfici contrapposte. As can be better observed in Figures 3 and 4, the cooling means 8 consist of a pair of tubes 11 for each bench support 4, fixed, cantilevered, on each of the same supports and on its opposite surfaces.

L'architettura ottimale quindi comporta, ad esempio nel caso di figura 2, la presenza di quattro tubi 11 per la configurazione a quattro cilindri del motore 1 suddivisi su due supporti di banco 4 d'estremità, mentre il supporto 4 centrale risulta sprovvisto in quanto non necessitante degli stessi. E' ovvio che la distribuzione dei tubi 11 sarà diversa in funzione del numero di cilindri presenti nel motore 1. The optimal architecture therefore entails, for example in the case of Figure 2, the presence of four pipes 11 for the four-cylinder configuration of the engine 1 divided over two end bench supports 4, while the central support 4 is not provided since not in need of the same. It is obvious that the distribution of the pipes 11 will be different according to the number of cylinders present in the engine 1.

Ognuno dì questi tubi 11 presenta una conformazione ad "L" rovesciata in modo da presentare l'estremità libera di getto indirizzata verso un relativo pistone 6 (vedi frecce F di figura 2, e 3) in modo da permettere, come già accennato precedentemente, una refrigerazione su coppie di pistoni 6 contigui. Each of these tubes 11 has an inverted "L" conformation so as to present the free jet end directed towards a relative piston 6 (see arrows F in figure 2, and 3) so as to allow, as already mentioned above, refrigeration on pairs of contiguous pistons 6.

Ognuno di questi tubi 11 si sviluppa, con la propria parte orizzontale, lungo un asse X' parallelo all'asse X longitudinale dell'albero motore 3. Each of these tubes 11 develops, with its own horizontal part, along an axis X 'parallel to the longitudinal X axis of the drive shaft 3.

Ogni tubo 11 è fissato alla superficie del relativo supporto di banco 4 per il tramite di mezzi 12 di fissaggio (vedi figura 5) costituti da una piastrina 13 presentante un foro 14 di alloggiamento stabile del tratto iniziale del tubo 11 e di una porzione 15 fissata, tramite mezzi a vite 16, al supporto di banco 4; tali mezzi a vite 16 sono costituiti da viti di fissaggio ad interferenza, quali particolari rivetti antivibrazione così da evitare allentanmenti del tubo 11 durante il funzione del motore. Each tube 11 is fixed to the surface of the relative bench support 4 by means of fixing means 12 (see figure 5) consisting of a plate 13 having a hole 14 for stable housing of the initial section of the tube 11 and of a fixed portion 15 , by means of screw means 16, to the bench support 4; these screw means 16 are constituted by interference fixing screws, such as particular anti-vibration rivets so as to avoid loosening of the tube 11 during the operation of the motor.

Per poter collegare ogni tubo 11 con il suddetto circuito 9 di lubrificazione d'utenza del motore 1 , ogni supporto di banco 4 è previsto (vedi figura 4) di un primo canale 17 di passaggio del fluido di lubrificazione di utenza, in pressione, in arrivo da un primo condotto 18 (facente parte del circuito vero e proprio) coassialmente accoppiato al primo canale 17. In order to be able to connect each pipe 11 with the aforementioned user lubrication circuit 9 of the motor 1, each bench support 4 is provided (see figure 4) with a first channel 17 for the passage of the user lubrication fluid, under pressure, in arrival from a first conduit 18 (forming part of the actual circuit) coaxially coupled to the first channel 17.

Principalmente il lubrificante in passaggio viene utilizzato per lubrificare una relativa bronzina 19 di accoppiamento girevole del supporto di banco 4 con l'albero motore 3, lubrificante che (vedi freccia F1 di figura 4), viene in parte incanalato in un secondo canale 20 radiale sfociante all'esterno dello stesso supporto di banco ed in corrispondenza dei tubini 11, i quali a loro volta indirizzano il getto di lubrificante - refrigerante in pressione verso il corrispondente pistone 6. Mainly the lubricant in passage is used to lubricate a relative bushing 19 for the rotating coupling of the main support 4 with the driving shaft 3, lubricant which (see arrow F1 in figure 4) is partly channeled into a second radial channel 20 leading to outside the same bench support and in correspondence with the tubes 11, which in turn direct the jet of lubricant - refrigerant under pressure towards the corresponding piston 6.

Come possibile osservare in figura 4, il secondo canale 20 è provvisto di mezzi 21 a valvola (di tipo noto, quali valvole ad otturatore con molla 21 m e sfera 21s) atti a chiudere il medesimo canale in presenza di un valore di pressione minore del valore di pressione di utenza del motore 1. L'architettura in oggetto prevede che una singola valvola 21 gestisca l'apertura o la chiusura di entrambi i tubi 11 presenti sul supporto di banco 4 quando il motore 1 funziona a bassi régimi od al minimo dove la pressione del fluido lubrificante nel circuito 9 potrebbe scendere sotto i valori di taratura della valvola 21. As can be seen in Figure 4, the second channel 20 is provided with valve means 21 (of known type, such as shutter valves with spring 21 m and ball 21s) designed to close the same channel in the presence of a pressure value lower than the value user pressure of the engine 1. The architecture in question provides that a single valve 21 manages the opening or closing of both pipes 11 present on the bench support 4 when the engine 1 operates at low speeds or at idle where the pressure of the lubricating fluid in circuit 9 could drop below the calibration values of valve 21.

Un circuito di raffreddamento così strutturato raggiunge gli scopi prefissati attraverso la realizzazione dei tubi di getto del fluido refrigerante sui supporti di banco con conseguenti riduzioni dello sviluppo, a sbalzo, dei medesimi tubi (più vicini al pistone) che così risultano affidabili nel tempo e con sensibile riduzione dei rischi di rotture ad usura, oltra al non indifferente vantaggio di utilizzo di una singola valvola per il controllo di due tubi. A cooling circuit structured in this way achieves the intended purposes by making the cooling fluid jet pipes on the bench supports with consequent reductions in the cantilevered development of the same pipes (closer to the piston) which are thus reliable over time and with a significant reduction in the risk of wear and tear, as well as the considerable advantage of using a single valve to control two pipes.

La realizzazione del circuito sui supporti di banco permette di operare il montaggio e la regolazione dei tubi all'esterno del basamento del motore con riduzione dei tempi di montaggio e dei costi totali, anche in relazione al fatto che il basamento non viene toccato durante queste operazioni di montaggio. The realization of the circuit on the bench supports allows to operate the assembly and adjustment of the pipes outside the engine block with a reduction in assembly times and total costs, also in relation to the fact that the base is not touched during these operations. by Assembly.

L'aggiunta di questo circuito sul supporto di banco non comporta cambiamenti strutturali di rilievo sul medesimo supporto, in quanto il fluido lubrificante utilizzato è comunque già necessario per la lubrificazione della bronzina del supporto. The addition of this circuit on the main support does not involve significant structural changes on the same support, since the lubricating fluid used is in any case already necessary for the lubrication of the bearing bushing.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti. The invention thus conceived is susceptible of numerous modifications and variations, all of which are within the scope of the inventive concept. Furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements.

Claims

CLAIMS 1. Cooling circuit for endothermic engines, engine (1) of the type comprising, among other things, a crankcase (2) housing a crankshaft (3) rotatably and axially supported by a plurality of main supports (4) which can be associated with said crankcase (2); said drive shaft (3), rotatable around its own longitudinal axis (X), being kinematically connected to a plurality of connecting rod elements (5) constrained, each on its own free end, to a corresponding moving piston (6) of reciprocating rectilinear motion and inside a relative cylinder (7); means (8) for cooling said pistons (6) being provided in proximity to each said piston (6), connected to a user lubrication circuit (9) of said motor (1), and adapted to direct a jet of fluid coolant at the lower surface of the crown of said piston (6) opposite said drive shaft (3), characterized in that it provides said cooling means (8) associated with said bench supports (4).

2. Circuit according to claim 1, wherein each said bench support (4) is constituted by a discoidal element circumferentially associable to said base (2) and defining the extension of a contiguous wall (10) of two said cylinders (7) , characterized in that said cooling means (8) are associated in an area of each said bench support (4) close to said contiguous wall (10).

3. Circuit according to claim 1, characterized by the fact that said cooling means (8) are two and arranged on opposite sides of each other on the relative said bench support (4) and acting, each said means (8) , on relative said pistons (6) adjacent to each other.

4. Circuit according to claim 1, characterized in that each said cooling means (8) develops, in part, along an axis (Χ ') parallel to the longitudinal axis (X) of said drive shaft (3).

5. Circuit according to claim 1, characterized in that said cooling means (8) consist of at least one tube (11) for each said bench support (4), fixed, cantilevered, on each of the same supports, and shaped like an inverted "L" so as to have the free end of the jet directed towards a said piston (6).

6. Circuit according to claims 1 and 2, characterized in that said cooling means (8) consist of a pair of tubes (11) for each said bench support (4), fixed, cantilevered, on each of them supports and on its opposite surfaces; each said tube (11) having an inverted "L" shape so as to have the free jet end directed towards a relative said piston (6) so as to allow refrigeration on pairs of said contiguous pistons (6).

7. Circuit according to claims 5 and 6, characterized in that means (12) are provided for fixing each said tube (11) to the relative surface of said bench support (4) and consisting of a plate (13) having a hole (14) for stable housing of the initial part of said tube (11) and of a portion (15) fixed, by means of pressure screw means (16), to said bench support (4).

8. Circuit according to claims 1 and 2, in which each said bench support (4) is provided with a first radial channel (17) for the passage of said user lubrication fluid, under pressure, of said motor (1) in arrival from a first duct (18) coaxially coupled to said first duct (17) so as to supply with coolant fluid a bushing (19) for rotating coupling of said bench support (4) with said driving shaft (3), characterized by the fact that on each said bench support (4) there is a second radial channel (20) opening outwards of the same bench support and in correspondence with said cooling means (8) fed with said refrigerant fluid passing outside said bushing (19).

9. Circuit according to claim 8, characterized in that said second channel (20) is provided with valve means (21) suitable for closing the flow in the same channel in the presence of a pressure value lower than the calibration value of said means (21) valve.

10. Circuit according to the preceding claims and according to what is described and illustrated with reference to the figures of the accompanying drawings and for the aforementioned purposes.