ITRE20080118A1 - '' MECHANICAL GROUP FOR ALTERNATIVE COMBUSTION INTERNAL ENGINES '' - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del Brevetto Italiano per Invenzione Industriale dal titolo: of the Italian Patent for Industrial Invention entitled:
“GRUPPO MECCANICO PER MOTORI ALTERNATIVI A COMBUSTIONE INTERNA†⠀ œMECHANICAL GROUP FOR INTERNAL COMBUSTION ALTERNATIVE ENGINESâ €
La presente invenzione riguarda in generale i motori alternativi a combustione interna. The present invention generally relates to reciprocating internal combustion engines.
Più in particolare, la presente invenzione riguarda i motori alternativi a combustione interna dotati di un organo meccanico che, allorché viene azionato, esercita sull’albero a gomiti una spinta assiale che à ̈ dannosa per i supporti di banco. More particularly, the present invention relates to reciprocating internal combustion engines equipped with a mechanical member which, when activated, exerts an axial thrust on the crankshaft which is harmful to the bench supports.
Durante il funzionamento del motore, l’albero a gomiti può essere sottoposto a spinte assiali che sono generate dagli organi meccanici con cui à ̈ collegato. While the engine is running, the crankshaft can be subjected to axial thrusts which are generated by the mechanical parts with which it is connected.
Per contrastare queste spinte assiali, l’albero a gomiti à ̈ usualmente provvisto di uno spallamento di contrasto che si sviluppa in un piano trasversale rispetto all’asse di rotazione, e che à ̈ atto a stare direttamente a contatto con una superficie di battuta ricavata nel basamento del motore. To counteract these axial thrusts, the crankshaft is usually provided with a contrast shoulder which develops in a transverse plane with respect to the axis of rotation, and which is able to stay directly in contact with a surface of stop obtained in the engine crankcase.
Questa soluzione risulta affidabile quando le forze assiali che si scaricano sull’albero a gomiti sono di piccola entità , ma non risulta altrettanto affidabile quando queste forze sono elevate e/o vengono esercitate continuativamente. This solution is reliable when the axial forces that are discharged on the crankshaft are small, but it is not as reliable when these forces are high and / or are continuously exerted.
In questi casi, il forte attrito generato tra lo spallamento dell’albero a gomiti e la superficie di battuta del basamento provoca infatti una rapida usura ed un cattivo funzionamento dell’albero a gomiti. In these cases, the strong friction generated between the crankshaft shoulder and the abutment surface of the crankcase causes rapid wear and poor operation of the crankshaft.
Questo inconveniente si manifesta ad esempio quando l’albero a gomiti à ̈ collegato ad un albero condotto tramite un innesto a frizione inversa. This problem occurs for example when the crankshaft is connected to a driven shaft by means of a reverse friction clutch.
A differenza degli innesti a frizione tradizionali, in cui sono presenti delle molle atte a mantenere sempre a reciproco contatto la parte conduttrice e la parte condotta dell’innesto ed in cui tale contatto viene escluso solo tramite l’azionamento manuale di un comando meccanico che perciò genera spinte assiali sull’albero solo nel breve periodo in cui la frizione à ̈ disinnestata, negli innesti a frizione inversa succede il contrario. Unlike traditional friction clutches, in which there are springs designed to always keep the conductive part and the driven part of the clutch in mutual contact and in which this contact is excluded only through the manual operation of a mechanical control which therefore generates axial thrusts on the shaft only in the short period in which the clutch is disengaged, the opposite occurs in reverse friction clutches.
Le molle sono atte a mantenere normalmente separate la parte conduttrice e la parte condotta che vengono portate a contatto tramite l’azionamento manuale del comando meccanico, cosicché la spinta assiale permane per tutto il tempo di normale funzionamento del motore. The springs are designed to keep the conductive part and the driven part normally separated, which are brought into contact by means of the manual operation of the mechanical control, so that the axial thrust remains for the entire time of normal operation of the motor.
Infatti, il motore à ̈ in grado di trasmette forza motrice all’albero condotto solo quando l’operatore aziona manualmente il comando della frizione. In fact, the engine is capable of transmitting motive power to the driven shaft only when the operator manually activates the clutch control.
Questo tipo di innesto viene utilizzato principalmente come elemento di sicurezza sulle macchine operatrici, per evitare che la macchina possa accidentalmente continuare a funzionare anche se l’operatore si allontana o se gli occorre un malore. This type of coupling is mainly used as a safety element on operating machines, to prevent the machine from accidentally continuing to operate even if the operator moves away or if he needs an illness.
Vale la pena precisare che spinte assiali sull’albero possono essere generate anche da altri organi meccanici che possono essere collegati con l’albero a gomiti, e non solo dal citato innesto a frizione inversa. It is worth specifying that axial thrusts on the shaft can also be generated by other mechanical parts that can be connected to the crankshaft, and not only by the aforementioned reverse friction clutch.
Uno scopo della presente invenzione à ̈ perciò quello di superare o quantomeno mitigare i problemi di usura dovuti alle spinte assiali che si scaricano sull’albero a gomiti di un motore a combustione interna. An object of the present invention is therefore that of overcoming or at least mitigating the wear problems due to the axial thrusts which are discharged on the crankshaft of an internal combustion engine.
Ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di raggiungere il menzionato obiettivo nell’ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo contenuto. A further purpose of the invention is to achieve the aforementioned objective in the context of a simple, rational and low-cost solution.
Tali scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell’invenzione riportate nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell’invenzione. These objects are achieved by the characteristics of the invention reported in independent claim 1. The dependent claims outline preferred and / or particularly advantageous aspects of the invention.
In particolare, si rende disponibile un gruppo comprendente un albero a gomiti girevolmente accoppiato al basamento di un motore alternativo a combustione interna, per essere impegnato in rotazione dal movimento alternativo di uno o più pistoni del motore, ed un organo meccanico che à ̈ collegato con detto albero a gomiti ed esercita su quest’ultimo una spinta assiale quando viene azionato. L’albero a gomiti à ̈ provvisto di uno spallamento contrapposto ad una superficie di battuta del basamento del motore, per assorbire le sollecitazioni in direzione assiale dovute alla spinta esercitata da detto organo meccanico. In particular, a unit is made available comprising a crankshaft rotatably coupled to the crankcase of a reciprocating internal combustion engine, to be engaged in rotation by the reciprocating movement of one or more pistons of the engine, and a mechanical member which is connected with said crankshaft and exerts an axial thrust on the latter when it is operated. The crankshaft is provided with a shoulder opposed to an abutment surface of the engine base, to absorb the stresses in the axial direction due to the thrust exerted by said mechanical member.
Secondo l’invenzione, tra detto spallamento dell’albero a gomiti e detta superficie di battuta del basamento à ̈ interposto un cuscinetto assiale a corpi volventi. According to the invention, an axial rolling element bearing is interposed between said shoulder of the crankshaft and said abutment surface of the crankcase.
In questo modo, l’attrito che si genera tra lo spallamento dell’albero a gomiti e la superficie di battuta del basamento à ̈ fortemente ridotto dal cuscinetto assiale, il quale permette di risolvere i menzionati problemi d’usura connessi con la presenza di un organo meccanico atto ad esercitare spinte assiali durante il funzionamento del motore. In this way, the friction generated between the crankshaft shoulder and the abutment surface of the crankcase is greatly reduced by the axial bearing, which allows to solve the aforementioned wear problems connected with the presence of a mechanical member capable of exerting axial thrusts during engine operation.
In senso generale, gli elementi volventi del cuscinetto assiale possono essere a diretto contatto sia con lo spallamento dell’albero a gomiti sia con la superficie di battuta del basamento. In general, the rolling elements of the axial bearing can be in direct contact both with the shoulder of the crankshaft and with the abutment surface of the crankcase.
Un preferita forma di attuazione dell’invenzione prevede tuttavia che tra gli elementi volventi del cuscinetto assiale e la superficie di battuta del basamento sia interposto un anello d’acciaio atto a fungere da pista di rotolamento. However, a preferred embodiment of the invention provides that a steel ring suitable to act as a raceway is interposed between the rolling elements of the axial bearing and the abutment surface of the base.
Un’ulteriore preferita forma di attuazione prevede che gli elementi volventi del cuscinetto assiale siano a diretto contatto con lo spallamento dell’albero a gomiti, ma che detto spallamento sia temprato superficialmente per avere una maggiore durezza. A further preferred embodiment provides that the rolling elements of the axial bearing are in direct contact with the shoulder of the crankshaft, but that said shoulder is surface hardened to obtain greater hardness.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell’invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l’ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate. Further characteristics and advantages of the invention will become evident by reading the following description provided by way of non-limiting example, with the aid of the figures illustrated in the attached tables.
La figura 1 mostra la sezione parziale di un motore a combustione interna monocilindrico sezionato secondo un piano passante per l’asse dell’albero a gomiti. Figure 1 shows the partial section of a single-cylinder internal combustion engine sectioned along a plane passing through the axis of the crankshaft.
La figura 2 Ã ̈ un dettaglio ingrandito di figura 1. Figure 2 is an enlarged detail of Figure 1.
La figura 3 Ã ̈ una vista assiale del solo cuscinetto di figura 2. Figure 3 is an axial view of the bearing of figure 2 only.
La figura 1 mostra un albero a gomiti 2, il quale à ̈ girevolmente accoppiato al basamento 1 di un motore monocilindrico a combustione interna, per trasformare il moto alternativo dell’unico pistone del motore in un moto rotatorio. Figure 1 shows a crankshaft 2, which is rotatably coupled to the crankcase 1 of a single-cylinder internal combustion engine, to transform the reciprocating motion of the single piston of the engine into a rotary motion.
L’albero a gomiti 2 comprende due porzioni laterali coassiali 20 e 21 che sono nei rispettivi supporti di banco. The crankshaft 2 comprises two coaxial side portions 20 and 21 which are in the respective bench supports.
Tra ciascuna porzione laterale 20 e 21 ed il rispettivo supporto di banco à ̈ interposta una bronzina 22 atta a ridurre gli attriti di rotazione tra l’albero a gomiti 2 ed il basamento 1. Between each side portion 20 and 21 and the respective bench support there is a bushing 22 able to reduce the friction of rotation between the crankshaft 2 and the base 1.
L’albero a gomiti 2 presenta una manovella centrale 23 cui à ̈ imperniata la biella dell’unico pistone del motore a combustione interna. The crankshaft 2 has a central crank 23 on which the connecting rod of the single piston of the internal combustion engine hinges.
La biella ed il pistone non sono qui illustrati né descritti più in dettaglio giacché ampiamente noti. The connecting rod and piston are not illustrated here nor described in more detail as they are widely known.
Entrambe le estremità dell’albero a gomiti 2 sporgono dal basamento 1. Both ends of the crankshaft 2 protrude from the crankcase 1.
Sul tratto sporgente prossimo alla porzione laterale 20 Ã ̈ calettato il volano 24. The flywheel 24 is keyed on the protruding section next to the lateral portion 20.
Sul tratto sporgente prossimo alla porzione laterale 21 à ̈ montata una frizione inversa 3, la quale à ̈ atta a trasmettere il momento torcente dall’albero a gomiti 2 ad un albero condotto ed esso coassiale (non illustrato). A reverse clutch 3 is mounted on the protruding portion next to the lateral portion 21, which is able to transmit the torque from the crankshaft 2 to a driven shaft and it is coaxial (not shown).
L’albero condotto sarà naturalmente collegato con gli organi funzionali che devono essere azionati dal motore, ad esempio le ruote di un veicolo o dispositivi attuatori di per sé noti. The driven shaft will naturally be connected with the functional parts that must be operated by the engine, for example the wheels of a vehicle or actuator devices known per se.
La frizione inversa 3 à ̈ di per sé nota e verrà perciò descritta solo sommariamente. The reverse clutch 3 is known per se and will therefore be described only briefly.
La frizione 3 comprende una parte conduttrice 30 calettata fissa sull’albero a gomiti 2 ed una parte condotta 31 calettata sull’albero condotto. The clutch 3 comprises a driving part 30 fixed keyed on the crankshaft 2 and a driven part 31 keyed on the driven shaft.
La frizione 3 comprende inoltre degli anelli frontali intercalati di attrito che sono solidali in rotazione rispettivamente con la parte conduttrice 30 e con la parte condotta 31. The clutch 3 also comprises intercalated front friction rings which are integral in rotation with the conductive part 30 and with the driven part 31 respectively.
Nell’esempio illustrato, detti anelli frontali sono resi disponibili da un pacco di dischi o lamelle coassiali 32 e 33, in cui le lamelle 32 sono solidali in rotazione alla parte conduttrice 30 e sono alternate alle lamelle 33, le quali sono solidali in rotazione alla parte condotta 31. In the example illustrated, said front rings are made available by a pack of coaxial discs or blades 32 and 33, in which the blades 32 are integral in rotation with the conductive part 30 and are alternated with the blades 33, which are integral in rotation to the conducted part 31.
La parte condotta 31 à ̈ dotata di un mozzo scanalato 34, grazie al quale può scorrere assialmente sull’albero condotto tra una posizione di innesto (mostrata in figura 1), in cui le lamelle 32 e 33 sono serrate a pacco le une contro le altre in modo da generare un attrito sufficiente a trasmettere il momento torcente tra la parte conduttrice 30 e quella condotta 31, ed una posizione di folle (non mostrata), in cui le lamelle 32 e 33 sono separate in modo da non generare attrito e quindi non trasmettere alcun momento torcente. The driven part 31 is equipped with a splined hub 34, thanks to which it can slide axially on the driven shaft between an engagement position (shown in figure 1), in which the reeds 32 and 33 are tightly packed against each other. the others so as to generate sufficient friction to transmit the torque between the conductive part 30 and the driven part 31, and a neutral position (not shown), in which the blades 32 and 33 are separated so as not to generate friction and therefore do not transmit any torque.
La frizione inversa 3 à ̈ dotata di mezzi elastici atti a mantenere normalmente la parte condotta 31 in posizione di folle, ed à ̈ associata ad un comando meccanico atto a spingere la parte condotta 31 verso la posizione di innesto in contrasto con l’azione di detti mezzi elastici. The reverse clutch 3 is equipped with elastic means able to normally keep the driven part 31 in the neutral position, and is associated with a mechanical control able to push the driven part 31 towards the engagement position in contrast to the action of said elastic means.
Nell’esempio illustrato, detto comando meccanico comprende una forcella 35, la quale à ̈ atta a ruotare intorno ad un perno fisso 36 ortogonale alla direzione di scorrimento della parte condotta 31, ed à ̈ collegata con una leva (non mostrata), tipicamente un pedale, che à ̈ azionabile da un operatore per far ruotare la forcella 35 nel verso di spingere la parte condotta 31 della frizione 3 in posizione di innesto. In the example illustrated, said mechanical control comprises a fork 35, which is able to rotate around a fixed pin 36 orthogonal to the sliding direction of the driven part 31, and is connected to a lever (not shown), typically a pedal, which can be operated by an operator to rotate the fork 35 in the direction of pushing the driven part 31 of the clutch 3 into the engagement position.
A causa di questa forma costruttiva, quando la frizione 3 à ̈ innestata, la forcella 35 esercita sulla parte condotta 31 una elevata forza assiale, nel senso indicato con le frecce in figura 1, la quale si trasmette alla parte conduttrice 30 e quindi all’albero a gomiti 2. Due to this constructive form, when the clutch 3 is engaged, the fork 35 exerts a high axial force on the driven part 31, in the direction indicated by the arrows in figure 1, which is transmitted to the conductive part 30 and therefore to the ™ crankshaft 2.
Per contrastare questa spinta assiale, l’albero a gomiti 2 presenta un tratto 25 di diametro maggiorato che rende disponibile una superficie di contrasto 26 a sviluppo anulare, comunemente detta spallamento, disposta su un piano trasversale rispetto all’asse di rotazione A e coassiale con quest’ultimo. To counteract this axial thrust, the crankshaft 2 has a section 25 with an increased diameter which makes available a contrasting surface 26 with an annular development, commonly called shoulder, arranged on a transverse plane with respect to the axis of rotation A and coaxial with the latter.
Detto spallamento 26 à ̈ affacciato e contrapposto ad una superficie di battuta 10 definita della parete interna del basamento 1, intorno al supporto di banco, in modo da assorbire la spinta esercitata dalla frizione inversa 3 quando à ̈ innestata. Said shoulder 26 faces and opposes a defined abutment surface 10 of the internal wall of the base 1, around the bench support, so as to absorb the thrust exerted by the reverse clutch 3 when it is engaged.
Tra lo spallamento 26 dell’albero a gomiti 2 e la superficie di battuta 10 del basamento 1 à ̈ interposto un cuscinetto assiale reggispinta 4. An axial thrust bearing 4 is interposed between the shoulder 26 of the crankshaft 2 and the abutment surface 10 of the crankcase 1.
Come illustrato nelle figure 2 e 3, il cuscinetto reggispinta 4 comprende una pluralità di rullini volventi 40, i quali sono disposti complanari intorno all’asse di rotazione A con gli assi orientati radialmente verso il centro, e sono girevolmente accoppiati ad un’unica gabbia 41 a forma di disco atta a mantenerli opportunamente distanziati tra loro. As illustrated in Figures 2 and 3, the thrust bearing 4 comprises a plurality of rolling rollers 40, which are arranged coplanar around the axis of rotation A with the axes oriented radially towards the center, and are rotatably coupled to a a single disk-shaped cage 41 adapted to keep them suitably spaced apart.
I rullini 40 sono direttamente a contatto con lo spallamento 26 dell’albero a gomiti 2, il quale à ̈ stato sottoposto ad un trattamento di tempra superficiale. The rollers 40 are directly in contact with the shoulder 26 of the crankshaft 2, which has been subjected to a surface hardening treatment.
Questo trattamento di tempra superficiale aumenta la durezza dello spallamento 26 rispetto a quella del materiale che forma l’albero a gomiti 2, in modo tale che lo spallamento 26 non si usuri a seguito del rotolamento dei rullini 40. This surface hardening treatment increases the hardness of the shoulder 26 with respect to that of the material that forms the crankshaft 2, so that the shoulder 26 does not wear due to the rolling of the rollers 40.
Preferibilmente, il trattamento di tempra superficiale cui à ̈ stato sottoposto lo spallamento 26 à ̈ tale da ottenere una durezza HRC compresa tra 52 e 60, per una profondità compresa tra 2 e 2,5 mm. Preferably, the surface hardening treatment to which the shoulder 26 has been subjected is such as to obtain a hardness HRC between 52 and 60, for a depth between 2 and 2.5 mm.
Tra il cuscinetto reggispinta 4 e la superficie di battuta 10 del basamento 1 à ̈ invece interposta una piastrina anulare 42 di acciaio, ad esempio di acciaio C70, la quale à ̈ atta a fungere da pista di rotolamento per i rullini 40. Between the thrust bearing 4 and the abutment surface 10 of the crankcase 1 there is instead interposed an annular plate 42 of steel, for example of C70 steel, which is suitable to act as a raceway for the rollers 40.
Quando l’albero a gomiti 2 ruota intorno all’asse A per effetto del funzionamento del motore, la spinta assiale che viene generata della frizione inversa 3 quando à ̈ innestata, si scarica sulla superficie di battuta 10 del basamento 1 attraverso il cuscinetto assiale reggispinta 4. When the crankshaft 2 rotates around the axis A due to the operation of the engine, the axial thrust that is generated by the reverse clutch 3 when it is engaged is discharged on the abutment surface 10 of the crankcase 1 through the bearing axial thrust bearing 4.
In questo modo, il cuscinetto reggispinta 4 riduce efficacemente gli attriti sullo spallamento 26 dell’albero a gomiti 2 e sulla superficie di battuta 10 del basamento 1, risolvendo o quantomeno riducendo fortemente i problemi d’usura che invece si manifestano nella tecnica nota. In this way, the thrust bearing 4 effectively reduces the friction on the shoulder 26 of the crankshaft 2 and on the abutment surface 10 of the crankcase 1, solving or at least strongly reducing the wear problems that instead occur in the known art. .
Ovviamente al gruppo meccanico sopra descritto, un tecnico del settore potrà apportare numerose modifiche di natura tecnico applicativa, senza per questo uscire dall’ambito dell’invenzione come sotto rivendicata. Obviously, a person skilled in the art can make numerous modifications of a technical application nature to the mechanical unit described above, without thereby departing from the scope of the invention as claimed below.
In particolare, risulta evidente che la soluzione proposta dalla presente invenzione può essere applicata sia a motori monocilindrici sia a motori pluricilindrici. In particular, it is evident that the solution proposed by the present invention can be applied to both single-cylinder and multi-cylinder engines.
Claims (6)
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Citations (5)
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2008
- 2008-12-17 IT ITRE2008A000118A patent/IT1392409B1/en active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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