ITRM990150A1

ITRM990150A1 - Basamento per motore a combustione interna.

Info

Publication number: ITRM990150A1
Application number: IT1999RM000150A
Authority: IT
Inventors: Ingo Gerhards; Jurgen Lang; Klaus Schnarrenberger
Original assignee: Daimler Chrysler Ag
Priority date: 1998-03-11
Filing date: 1999-03-10
Publication date: 2000-09-10
Also published as: GB9905530D0; GB2335235A; GB2335235B; IT1306554B1; US6192852B1; FR2776022A1; DE19810464C1

Description

DESCRIZIONE

a corredo di una domanda di brevetto per invenzione dal titolo: ''BASAMENTO PER MOTORE A COMBUSTIONE INTERNA''

L'invenzione concerne un basamento per motore a combustione interna con una parte inferiore e una parte superiore. Inoltre, l'invenzione concerne un procedimento per la produzione di un basamento per motore a combustione interna.

In motori a combustione interna, la cui parte superiore del basamento e la cui parte inferiore dello stesso sono realizzate con materiali di metallo leggero come, ad esempio, l'alluminio oppure il magnesio, molto spesso si hanno problemi nei punti di supporto per l'albero a gomiti realizzato in materiale di ferro dal momento che il gioco del cuscinetto e la forma dello stesso, in presenza di temperatura variabile, cambiano per effetto dei diversi coefficienti di dilatazione termica del materiale del basamento e del materiale dell'albero a gomiti. In caso di temperatura crescente, il foro del cuscinetto si ingrandisce, e precisamente con un fattore molto maggiore dell'ingrandimento dell'albero a gomiti. In questo modo, in presenza di temperature crescenti, si forma un grande gioco fra il foro del cuscinetto nel basamento e dell'albero a gomito che si trova nel foro del cuscinetto, cosa che provoca portate d'olio elevate e rispettivamente una pressione d'olio decrescente, rumori di marcia crescenti e portata decrescente nel meato dei fori dei cuscinetti di banco. Da ciò si ha un altro inconveniente consistente nel fatto che, in tali basamenti di materiale di metallo leggero, per effetto dei diversi coefficienti di dilatazione termica dell'albero a gomiti e del basamento, i diametri del foro del cuscinetto di banco e dell'albero a.gomiti di regola debbono essere concepiti in modo che l'albero a gomiti, in presenza di temperature molto basse, resti bloccato nel suo cuscinetto.

Inoltre, la resistenza relativamente piccola dei basamenti descritti costituisce un inconveniente, cosa che, specialmente nei fori maschiati per viti a testa cilindrica e viti per cuscinetti di banco, provoca un sovradimensionamento dei fori e delle viti relative per ottenere una sufficiente resistenza delle filettature.

Nella DE 3542 137 C2 si cerca di risolvere il problema della diversa dilatazione del basamento e dell'albero a gomiti in presenza di temperature crescenti nonché il carico termico a ciò connesso degli elementi strutturali munendo una parte superiore del basamento in metallo leggero di un cappello di cuscinetto in ghisa grigia che, pertanto, deve fungere da parte inferiore del basamento. Il materiale di questo cappello di cuscinetto corrisponde, in questo caso, per quanto riguarda il suo comportamento di dilatazione termica, sostanzialmente a quello dell'albero a gomiti.

In questo modo si ottiene sì un gioco di cuscinetto leggermente minore però, a causa dei coefficienti di dilatazione termica molto diversi della parte superiore del basamento e del cappello del cuscinetto, in presenza di temperature in aumento si hanno tensioni e si ottiene una sezione del foro del cuscinetto che si differenzia molto fortemente dalla forma circolare ideale. A sua volta, ciò produce, come già detto precedentemente, elevate portate di olio e rispettivamente una decrescente pressione di olio.

La EP 695866 Al descrive un altro basamento per motore a combustione interna. In questo caso, una parte di ghisa grigia, che fissa sia la superficie di scorrimento del pistone sia i punti di supporto dell'albero a gomiti, si trova in una incamiciatura di alluminio . In caso di motori a combustione interna con più cilindri si ottiene, in questo modo, un blocco di base continuo in ghisa grigia che, da un lato, provvede a supportare l'albero a gomito e, dall'altro lato, forma una superficie di scorrimento per ciascun pistone .

L'inconveniente di questo basamento è dato però dalle forti differenze relative ai coefficienti di dilatazione termica del blocco di base in ghisa grigia e dell'incamiciatura in alluminio. Su tutta la lunghezza di un motore a combustione interna con più cilindri si possono ottenere, in presenza di temperatura in aumento, dilatazioni e deformazioni tali da poter pregiudicare, in questo modo, fortemente la funzione del motore a combustione interna. Se una tale deformazione non è possibile, si può avere una rottura di tutto il basamento.

Un altro vantaggio del basamento ivi descritto è dato dal fatto che la superficie di scorrimento del pistone è costituita dallo stesso materiale di ghisa grigia di tutto il blocco di base e quindi, rispetto alla superficie di scorrimento del pistone e rispettivamente alle fasce elastiche dei pistoni, non si ha un optimum tribologico. Se il materiale del blocco di base viene scelto invece secondo punti di vista tribologici allora, dal punto di vista della resistenza, non si ha un optimum.

Pertanto, compito dell'invenzione è quello di realizzare un basamento per un motore a combustione interna che, sia dal punto di vista delle sue proprietà di dilatazione termica e dei suoi indici di resistenza sia dal punto di vista della tribologia, costituisce una soluzione soddisfacente rispetto al pistone.

Questo compito viene risolto, secondo l'invenzione, con i particolari citati nella rivendicazione 1.

Grazie al modulo di elasticità normale del materiale dei getti di colata, la resistenza e la portata di tutto il basamento aumentano notevolmente. Si evita una trasmissione di tensioni, che eventualmente si determinano nel getto di colata, e rispettivamente di dilatazioni su tutta la lunghezza del basamento dal momento che i getti di colata sono previsti soltanto nei punti di supporto e non presentano un collegamento assiale reciproco.

Siccome il coefficiente di dilatazione termica dei getti di colata è minore di quello della parte superiore del basamento e della parte inferiore del basamento e quindi è più vicino ai coefficienti di dilatazione termica dell'albero a gomiti, si ottiene un punto di supporto e rispettivamente un foro di cuscinetto per l'albero a gomiti che, anche in presenza di temperature più alte, attraverso la dilatazione termica ad estensione concentrica presenta una rotondità molto uniforme e un meato uniforme, cosa che determina una minore portata di olio e una pressione di olio costante.

I getti di colata sono strutturati, in questo caso, in modo che la canna per la superficie di scorrimento del pistone possa essere scelta a seconda del bisogno, dal momento che le canne non sono integrate nel getto di colata.

Forme di realizzazione vantaggiose e ulteriori sviluppi dell'invenzione emergono dalle rivendicazioni dipendenti e dall'esempio di esecuzione rappresentato in linea di principio in seguito con riferimento ai disegni. In essi:

La figura 1 mostra una sezione trasversale lungo un basamento secondo l'invenzione;

la figura 2 mostra una sezione secondo la linea II-II della figura 1; e

la figura 3 mostra una sezione secondo la linea III-III della figura 1.

Secondo la figura 1, un basamento l è costituito da una parte superiore la da una parte inferiore lb. All'altezza di una superficie di separazione 2 tra la parte superiore la del basamento e la parte inferiore lb dello stesso si trova un punto di supporto per un albero a gomiti 4 realizzato a guisa di foro di cuscinetto 3. Nella parte superiore la del basamento, che qui è realizzato per un motore a combustione interna con struttura a V non rappresentato nel suo complesso, si trovano cilindri 5 sul lato distante dal foro di cuscinetto 3. In questo caso, in direzione longitudinale del basamento 1 sono disposti più cilindri 5, per cui il basamento presenta anche più punti di supporto 3. Normalmente, il numero dei punti di supporto 3 supera sempre dì una unità quello dei cilindri 5 per ciascun banco.

La seguente descrizione del basamento 1 concerne un motore a combustione interna con dodici cilindri 5 disposti a V e, naturalmente, il basamento 1 può essere impiegato però anche senza problemi nelle condizioni di un motore a combustione interna con un numero di cilindri inferiore o superiore oppure di motori a combustione interna in serie.

Nel basamento 1 sono disposti getti di colata 6 in modo che nel materiale della parte superiore la del basamento si trovino getti di colata superiori 6a e nel materiale della parte inferiore lb del basamento si trovino getti di colata inferiori 6b. I getti inferiori 6b si estendono, in questo caso, dalla superficie di separazione 2 fino al lato inferiore della parete inferiore lb del basamento. I getti di colata superiori 6a si estendono dalla superficie di separazione 2, in modo da passare a forma di U davanti ad entrambi i cilindri, fino a fori 7 previsti nella parete superiore la del basamento per viti a testa cilindrica non rappresentate. Osservando entrambi i cilindri 5 si ottengono, per ogni getto di colata superiore 6a, quattro diramazioni 8 delle zone a forma di U dei getti di colata superiori 6a che passano lateralmente davanti ai cilindri 5 e sono muniti, di volta in volta di fori maschiati 9 per l'alloggiamento delle viti a testa cilindrica. In questo caso, i fori maschiati 9 sono allineati con i fori 7 della parte superiore la del basamento .

In corrispondenza delle rispettive diramazioni filettate dei fori maschiati 9 si trovano, nei getti di colata superiori 6a, cavità 10 in cui, nella realizzazione successivamente descritta del basamento 1, scorre il materiale della parte superiore la del basamento. In questo caso, le cavità 10 vengono formate, in modo noto, mediante maschi nella forma per getti di colata 6a. Ciò porta, da un lato, ad un'aggraffatura della parte superiore la del basamento con i getti di colata superiori 6a e, dall'altro lato, consente una riduzione delle tensioni alle diramazioni filettate dei fori maschiati 9. Nella descrizione dei materiali per la parte superiore la del basamento e per i getti di colata superiori 6a si parlerà più dettagliatamente in seguito dell'importanza delle cavità 10.

Per poter collegare la parte superiore la del basamento con la parte inferiore lb dello stesso, nei getti di colata 6b inferiori si trovano più fori 11 che sono condotti tramite la superficie di separazione 2 fin nei getti di colata superiori 6a ed ivi terminano in fori maschiati 12. Attraverso i fori il e i fori maschiati 12, la parte superiore la del basamento può essere collegata con la parte inferiore lb dello stesso tramite viti di banco non rappresentate. Grazie alla forma di realizzazione descritta e alla disposizione dei fori maschiati 9 e 12, nei getti di colata 6a si ottiene una linea di forza dai fori maschiati 9 per le viti a testa cilindrica tramite le diramazioni 8 fino al foro di cuscinetto 3 e rispettivamente ai fori maschiati 12 per le viti di banco.

Sulle diramazioni filettate dei fori maschiati 12 si trovano, come nei fori maschiati 9 nelle diramazioni 8, cavità 13 in cui, a sua volta, scorre il materiale della parte superiore la del basamento. Per l'aggraffatura del basamento 1 con i getti di colata 6, sulla sezione trasversale dei getti di colata 6 sono distribuite altre cavità 14 per il materiale del basamento 1.

All'interno del foro di cuscinetto 3 si trovano gusci di cuscinetto bipartiti 15, realizzati in modo noto, atti ad accogliere l'albero a gomiti 4 e a supportarli in modo appropriato. Inoltre, nella parte superiore la del basamento, nei getti di colata superiori 6a e nei gusci di cuscinetto 15 si trovano pure fori principali 16 per olio lubrificante per l'alimentazione dell'albero a gomiti 4 con olio lubrificante nei punti di supporto 3.

La figura 2 mostra una sezione lungo la parte superiore la del basamento, dove nei cilindri 5 sono disposte canne 17 per pistoni non rappresentati. In questo caso, le canne 17 possono essere costituite da un materiale qualsiasi che costituisce un partner tribologico appropriato per i pistoni.

La forma di realizzazione dei getti di colata 6a in corrispondenza del foro di cuscinetto 3 emerge pure dalla figura 2. Così, nella zona intorno al foro di cuscinetto 3 e rispettivamente ai gusci di cuscinetto 15 non rappresentati nella figura 2, i getti di colata superiori 6a sono provvisti di allargamenti assiali 18 atti a costituire una superficie di supporto maggiore per l'albero a gomiti 4 e rispettivamente per i gusci di cuscinetto 15. Negli allargamenti 18 si trovano scanalature di lubrificazione circolari 19, collegate con il foro dell'olio di lubrificazione principale 16 per l'alimentazione di olio all'albero a gomiti 4.

Dalla figura 2 emerge anche che tra ciascun cilindro 5, tra i quali la parte superiore la del basamento forma una parete divisoria 20, è previsto un getto di colata 6a superiore nella parte superiore la del basamento . In questo caso, i getti di colata superiori 6a non sono però collegati fra loro in direzione assiale ma sono realizzati come organi separati, divisi spazialmente fra loro. In questo modo, le tensioni eventualmente prodotte da diverse dilatazioni termiche dei getti di colata 6, del basamento 1 nonché dell'albero a gomiti 4 non possono estendersi da un getto di colata 6 ad un altro getto di colata 6 in modo da poter evitare una deformazione di tutto il basamento 1 nonché del foro di cuscinetto 3.

Dalla figura 3 emerge la forma di realizzazione dei getti di colata inferiori 6b che, in corrispondenza del foro di cuscinetto 3, sono provvisti pure di allargamenti assiali 18. Naturalmente, i getti di colata inferiori 6b sono disposti, in questo caso, in modo da risultare allineati rispetto ai getti di colata superiori 6a. Generalmente, i getti di colata 6 hanno uno spessore di circa 3-4 mm, però nei fori maschiati 9 e 12 nonché nel foro principale 16 per l'olio di lubrificazione sono previsti allargamenti circolari non rappresentati nei disegni per consentire la realizzazione di fori 9, 12 e 16 con i diametri di volta in volta necessari. Secondo le figure 2 e 3, i getti di colata 6 presentano, inoltre, sporgenze 21 che contribuiscono a migliorare l'aggraffatura del basamento 1 con i getti di colata 6. invece delle sporgenze 21, sui getti di colata 6 si possono prevedere, anche in modo non rappresentato, rientranze.

Nel nostro caso, come materiale per il basamento 1 si sceglie un metallo leggero, ad esempio l'alluminio oppure il magnesio. L'albero a gomiti 4, invece, è costituito da un materiale di ferro il cui coefficiente di dilatazione termica è enormemente inferiore a quello del metallo leggero per il basamento 1. Il materiale per i getti di colata 6 viene scelto, per quanto riguarda il suo coefficiente di dilatazione termica, in modo che questo sia più prossimo al coefficiente di dilatazione termica dell'albero a gomiti 4 che al coefficiente di dilatazione termica del basamento 1. In questo modo, in presenza di temperature in aumento, per effetto degli analoghi coefficienti di dilatazione termica tra i getti di colata 6 e l'albero a gomiti 4, non si hanno problemi termici e, in particolare, non si ha nessuna distorsione del foro 3 del cuscinetto.

Il materiale per i getti di colata 6 presenta, in questo caso, rispetto al materiale per la parte superiore la del basamento e per la parte inferiore lb del basamento, un modulo di elasticità normale relativamente alto per garantire la necessaria resistenza e stabilità del citato basamento 1. Inoltre, un modulo di elasticità normale alto aumenta le resistenze dei fori maschiati 9 e 12, per cui questi possono essere eseguiti con diametri minori nonché come filettature fini relativamente corte. In questo caso sono previste le cavità 10 e 13 che si estendono perpendicolarmente all'asse dei fori maschiati 9 e 12 per posare le diramazioni filettate dei fori maschiati 9 e 12 nel materiale di metallo leggero della parte superiore la del basamento. In questo modo, alle diramazioni filettate si ottengono tensioni molto minori che nel materiale dei getti di colata superiori 6a che presenta un modulo di elasticità normale molto più elevato.

Come materiali concreti, in questo caso per i getti di colata 6 si può impiegare ghisa grigia come, ad esempio, GGV oppure GGG 50-70, dove poi la parte superiore la del basamento e la parte inferiore lb del basamento sono costituite da un materiale di alluminio. Se invece la parte superiore la del basamento e la parte inferiore lb dello stesso sono costituite da un materiale di magnesio, allora i getti di colata 6 possono essere costituiti da un materiale di alluminio, ad esempio da un alluminio ipereutettico oppure da un alluminio compattato a spruzzo. In linea di principio, sono possibili tutte le combinazioni immaginabili con cui, attraverso l'adattamento dei coefficienti di dilatazione termica all'albero a gomiti 4, si può ottenere di evitare problemi termici.

Il procedimento per la produzione del basamento 1 viene eseguito come segue:

In una forma non rappresentata per la parte superiore la del basamento, per ogni punto di supporto 3 viene collocato un getto di colata superiore 6a in rientranze previste a questo scopo ed esso viene ricolato con il materiale per la parte superiore la del basamento. In una forma anch'essa non rappresentata per la parte inferiore lb del basamento, per ogni punto di supporto 3 viene inserito il corrispondente getto di colata inferiore 6b e ricolato con il materiale per la parte inferiore lb del basamento. In questo caso, il basamento 1 si aggraffa con i getti di colata 6 mediante le cavità 10, 13 e 14 sopra descritte. Le metà del basamento 1 che si ottengono mediante colata vengono poi lavorate in modo noto ad asportazione di truciolo, vengono munite di gusci di cuscinetti 15 e collegate fra loro nei fori 11 con viti di banco.

Claims

RIVENDICAZIONI 1 . Basamento per motore a combustione interna con i seguenti particolari: 1.1 con una parte inferiore (1b) in materiale di metallo leggero, 1.2 con una parte superiore (1a) in materiale di metallo leggero, 1.3 con punti di supporto (3) per un albero a gomiti (4), 1.4 con almeno un cilindro (5), 1.5 con getti di colata (6), i quali sono colati di volta in volta in corrispondenza dei punti di supporto (3) per l'albero a gomiti {4) nella parte inferiore (1b) del basamento e nella parte superiore (la) del basamento, 1.6 i getti di colata (6) sono costituiti da un materiale con un modulo di elasticità normale più alto del materiale di metallo leggero per la parte inferiore (1b) del basamento e per la parte superiore (la) del basamento, 1.7 i getti di colata (6) sono realizzati, per ogni punto di supporto (3), come organi separati, divisi spazialmente fra loro.
2. Basamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che nella parte inferiore (lb) del basamento sono colati getti di colata inferiori (6b) e nella parte superiore (la) del basamento sono colati getti di colata superiori (6a).
3. Basamento secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che i getti di colata (6) presentano, in corrispondenza dei punti di supporto (3), allargamenti assiali (18) per l'alloggiamento di gusci di cuscinetto (15).
4. Basamento secondo la rivendicazione 2 oppure 3, caratterizzato dal fatto che i getti di colata superiori (6a) sono realizzati, in corrispondenza dei cilindri (5) a forma di U con due diramazioni (8) che presentano fori maschiati (9) per viti a testa cilindrica.
5. Basamento secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che, in corrispondenza della diramazione filettata dei fori maschiati (9) per le viti a testa cilindrica è disposta una cavità (10) nei getti di colata superiori (6a) nella quale si trova il materiale della parte superiore (la) del basamento.
6. Basamento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che i getti di colata superiori (6b) presentano fori maschiati (12) per viti di banco e dal fatto che i getti di colata inferiori (6b) presentano fori passanti (11) per le viti di banco.
7. Basamento secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che, in corrispondenza delle diramazioni filettate dei fori maschiati (12) per le viti di banco sono disposte cavità (13) nei getti di colata (6) in cui si trova il materiale della parte superiore (la) del basamento.
8. Basamento secondo le rivendicazioni 4 oppure 5 e 6 oppure 7, caratterizzato dal fatto che i getti di colata superiori (6a) presentano allargamenti in corrispondenza dei fori maschiati (9, 12) per le viti di banco e per le viti a testa cilindrica, e dal fatto che i getti di colata inferiori (6b) presentano allargamenti in corrispondenza dei fori passanti (11) per le viti di banco.
9. Basamento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che i getti di colata (6) presentano un modulo di elasticità normale e un coefficiente di dilatazione termica che si trovano nell'ambito del modulo di elasticità normale e del coefficiente di dilatazione termica dell'albero a gomiti (4).
10. Basamento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che i getti di colata (6) sono costituiti da ghisa grigia, dove la parte superiore (1a) del basamento e la parte inferiore (1b) dello stesso sono costituite da un materiale di alluminio.
11. Basamento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 8, caratterizzato dal fatto che i getti di colata (6) sono formati da una materiale di alluminio con un modulo di elasticità normale alto, dove la parte superiore (1a) del basamento e la parte inferiore (1b) dello stesso sono costituiti da un materiale di magnesio .
12 . Procedimento per la realizzazione di un basamento secondo una delle rivendicazioni da 1 a 11, caratterizzato dal fatto che, di volta in volta, in una forma per la parte superiore (1a) del basamento e in una forma per la parte inferiore (1b) del basamento, per ogni punto di supporto (3) dell'albero a gomiti (4) sono inseriti getti di colata superiori (6a) e getti di colata inferiori (6b) e vengono ricolati con il materiale per la parte superiore (1a) del basamento e per la parte inferiore (1b) dello stesso.