ITTO970014A1

ITTO970014A1 - Struttura di tenuta fra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo, e procedimento per il suo assemblaggio.

Info

Publication number: ITTO970014A1
Application number: IT97TO000014A
Authority: IT
Inventors: Takanori Onda
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1998-07-10
Also published as: IT1291002B1; MY120687A; KR100237863B1; US5961127A; FR2743605B1; JPH09250393A; ID15826A; FR2743605A1

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo:

"Struttura di tenuta fra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo, e procedimento per il suo assemblaggio

La presente invenzione si riferisce ad una struttura di tenuta tra cilindro e testata, che è notevolmente efficace per un motore a combustione interna di tipo alternativo in cui un cilindro ed una testata sono collegati in modo separabile l'uno all'altra attraverso una guarnizione; e ad un procedimento per il suo assemblaggio.

In un motore a combustione interna di tipo alternativo in cui un cilindra ed una testata sono collegati in modo separabile l’uno all'altra, una guarnizione è interposta tra il cilindro e la testata per collegare a tenuta stagna il cilindro a la testata. Esempi di guarnizioni comprendono una guarnizione semi-metallica in cui una superficie esterna di un substrato a lamina formato da fibre incombustibili, come amianto, è ricoperta da una sottile lamina metallica, e una guarnizione metallica in cui una o più nervature sono formate concentricamente lungo una apertura, corrispondente ad un foro di cilindro, ricavata in una sottile lamina metallica (vedere il Modello di Utilità giapponese a disposizione del pubblico No. Hei 5-73360).

E' stata fatta una ulteriore proposta di un motore a combustione interna di tipo alternativo in cui una gola anulare avente un diametro superiore ad un foro di cilindro è formata concentricamente in una superficie di estremità di un cilindro, ed un anello continuo di metallo la cui sezione trasversale è circolare è inserito nella gola anulare (vedere il Modello di Utilità giapponese a disposizione del pubblico No. Sho 59-60365).

La guarnizione metallica che richiede più tipi di materiali grezzi è di struttura complicata, e perciò la produttività è ridotta ed il costo è elevato. Inoltre, poiché il substrato non è un buon conduttore di calore, è difficile la trasmissione del calore della testata al cilindro, per cui la superficie di parete laterale della camera di combustione corrispondente alla testata aumenta di temperatura, conducendo eventualmente ad una combustione indesiderabile.

La guarnizione metallica costituita da una sottile lamina metallica descritta nel modello di utilità giapponese a disposizione del pubblico No. Hei 5-73360 richiede una molteplicità di lamine, come descritto nella pubblicazione di Modello di Utilità giapponese No. Hei 6-37238, allo scopo di assicurare una capacità di tenuta, rendendo difficile una riduzione del costo. Allo scopo di aumentare la forza di fissaggio di viti di fissaggio per fissare il cilindro e la testata l'uno all'altra nel tentativo di adattarli all'elevato rapporto di potenza sviluppata dal motore a combustione interna, vi è una limitazione relativa alla planarità della superficie della guarnizione e alla precisione dimensionale dei componenti a causa di un aumento della deformazione di fissaggio.

La guarnizione semi-metallica, come la guarnizione metallica costituita da una sottile lamina metallica, richiede una rigidezza di una superficie associata tra il cilindro e la testata, per cui lo spessore di parete sia del cilindro sia della testata aumenta, rendendo difficile una riduzione del peso del motore a combustione interna.

Nella guarnizione descritta nel Modello di Utilità giapponese a disposizione del pubblico No. Sho 59-60365, la deformazione dell'anello continuo prodotta dalla forza diametrale di compressione applicata alla superficie periferica dell'anello continuo realizzato in metallo è relativamente grande nella condizione iniziale, ma, con il progredire della deformazione, il livello di aumento della deformazione diminuisce rapidamente. Perciò, una irregolarità del diametro dell’anello continuo, un errore nella profondità della gola anulare, ed una deviazione dalla planarità della superficie di contatto tra il cilindro e la testata non possono essere assorbite in misura sufficiente dalla deformazione dell*anello continuo. La superficie di contatto tra il cilindro e la testata non può essere positivamente collegata a tenuta a meno di mantenere ad un livello elevato la precisione di trattamento della superficie di contatto tra il cilindro e la testata.

La presente invenzione si riferisce ad un perfezionamento in un motore a combustione interna di tipo alternativo che elimina le difficoltà precedentemente indicate. Concretamente, la presente invenzione provvede una struttura di tenuta per un cilindro ed una testata in un motore a combustione interna di tipo alternativo in cui il cilindro e la testata sono collegati a tenuta avvicinando in misura maggiore il cilindro e la testata l'uno all'altra mediante un mezzo di fissaggio e di serraggio in una condizione in cui una guarnizione è interposta tra il cilindro e la testata; caratterizzata dal fatto che la guarnizione realizzata in una forma anulare e serrata dai mezzi di fissaggio e di serraggio attraverso il cilindro e la testata ha una superficie periferica esterna realizzata come una superficie inclinata in modo convergente in modo che la guarnizione anulare riceva una forza di compressione lungo una direzione circonferenziale della guarnizione anulare; ed il cilindro o la testata ha una superficie inclinata in grado di essere portata in stretto contatto con la superficie inclinata in modo convergente della guarnizione anulare.

La presente invenzione è configurata come precedentemente descritto. Perciò, quando una forza è applicata al cilindro e alla testata dai mezzi di fissaggio e di serraggio in modo che questi componenti siano avvicinati l'uno all'altra, la guarnizione anulare interposta tra il cilindro e la testata è pressata in una porzione profonda della superficie inclinata del cilindro o della testata dal movimento relativo di scorrimento tra la superficie periferica esterna inclinata in modo convergente della guarnizione e la superficie inclinata del cilindro o della testata, in modo che una forza normale elevata prodotta da una forza a cuneo sia generata nella superficie inclinata in modo convergente della guarnizione anulare e nella superficie inclinata del cilindro o della testata, e le due superfici inclinate siano fortemente premute una contro l’altra dalla forza normale aumentando la capacità di tenuta tra le due superfici inclinate. Anche se la superficie di contatto del cilindro o della testata in contatto con la guarnizione anulare devia da un piano accurato, ad esempio è realizzata in una forma ondulata, la guarnizione anulare è correttamente curvata in modo corrispondente alle irregolarità della superficie di contatto del cilindro o della testata, e la superficie di contatto tra la guarnizione anulare e il cilindro o la testata entra in stretto contatto lungo tutta la periferia della guarnìzione anulare, aumentando cosi la capacità di tenuta in corrispondenza di questa porzione. Di conseguenza, è possibile impedire positivamente che gas di combustione ad alta pressione generati durante il funzionamento del motore a combustione interna sfuggano tra il cilindro e la testata.

Inoltre, secondo la presente invenzione, la superficie di contatto tra il cilindro e la testata esposta a gas di combustione ad alta temperatura ed alta pressione è resa stagna con la guarnizione anulare. Perciò, la guarnizione per isolare a tenuta un passaggio di acqua di raffreddamento entro il cilindro e la testata può essere realizzata separatamente dalla guarnizione anulare per impedire fughe dei gas di combustione ad alta temperatura ed alta pressione. Di conseguenza, la guarnizione per la tenuta dell'acqua di raffreddamento può essere realizzata in un materiale tenero che ha una bassa resistenza al calore ma una notevole elasticità, mantenendo una elevata tenuta rispetto a fughe d’acqua.

Inoltre, secondo la presente invenzione, poiché la guarnizione per rendere stagna la camera di combustione formata dal cilindro e dalla testata ha la forma di un anello di piccolo diametro, non è necessario ampliare la superficie di contatto tra il cilindro e la testata, favorendo cosi una miniaturizzazione e una riduzione del peso del motore a combustione interna.

Inoltre, nel caso in cui la guarnizione anulare sia continua, durante il funzionamento del motore in cui si generano gas di combustione ad alta pressióne, la guarnizione anulare continua riceve il calore concentrato dei gas di combustione ad alta temperatura e tende a dilatarsi termicamente in misura elevata rispetto al cilindro o alla testata provvista della superficie inclinata generando una elevata forza di pressione nella superficie inclinata in modo convergente della guarnizione anulare continua e nella superficie inclinata del cilindro o della testata, migliorando così ulteriormente la capacità di tenuta.

La presente invenzione configurata come descritto nella rivendicazione 2 presenta un effetto operativo simile a quello dell'invenzione descritta nella rivendicazione 1.

Secondo la presente invenzione configurata come descritto nella rivendicazione 3, anche se la porzione di contatto tra il cilindro e la testata ha una posizione relativamente deviata, la superficie piana di estremità della testata o la superficie piana di estremità del cilindro può sempre entrare in stretto contatto con la superficie piana di estremità della guarnizione anulare, in modo da poter mantenere l'elevata capacità di tenuta.

Secondo la presente invenzione configurata come descritto nella rivendicazione 4, la larghezza della porzione di tenuta che circonda una porzione ad apertura di ciascun foro di cilindro è ristretta, in modo da poter ridurre gli intervalli tra i rispettivi fori di cilindro, favorendo cosi una miniaturizzazione ed una riduzione dei peso del motore a combustione interna.

Nel caso in cui l'invenzione configurata come è descritto nella rivendicazione 4 sia applicata ad un motore a combustione interna di tipo alternativo raffreddato ad acqua, una guarnizione per rendere stagni i bordi interno ed esterno di una porzione ad apertura di una camicia d'acqua che circonda ciascun foro di cilindro può essere prevista separatamente da una guarnizione per rendere stagna la porzione ad apertura di ciascun foro di cilindro, in modo che la guarnizione per rendere stagna la camicia d’acqua possa essere realizzata in un materiale elasticamente tenero, e quindi sia anche possibile assicurare la capacità di tenuta di un sistema di raffreddamento.

Secondo l’invenzione configurata come descritto nella rivendicazione 5, il sottile strato a pellicola di metallo tenero sulla superficie della guarnizione anulare può essere facilmente deformato in accordo con irregolarità sulla superficie del foro di cilindro e sulla superficie inferiore della testata, e l'attrito della porzione di contatto tra la superficie del foro di cilindro o la superficie inferiore della testata e la superficie della guarnizione anulare può essere ridotto, migliorando cosi la capacità di tenuta della porzione di contatto tra il cilindro e la testata.

Secando l'invenzione configurata come descritto nella rivendicazione 6, l'attrito della superficie di contatto tra la superficie della guarnizione anulare e la superficie del foro di cilindro o la superficie inferiore della testata può essere notevolmente ridotto, migliorando cosi ulteriormente la capacità di tenuta della porzione di contatto tra il cilindro e la testata.

Seconda l'invenzione configurata come descritto nella rivendicazione 7, l'effetto dell'invenzione descritta nella rivendicazione 6 può essere ottenuto in modo più positivo.

Nel seguito, una forma di attuazione della presente invenzione sarà descritta con riferimento alle figure da 1 a 9.

La figura 1 rappresenta una vista in sezione verticale di un motore a combustione interna di tipo alternativo che mostra una forma di attuazione di una struttura di tenuta tra un cilindro ed una testata secondo la presente invenzione .

La figura 2 rappresenta una vista frontale in sezione lungo la linea II-II della figura 1.

La figura 3 rappresenta una vista frontale in sezione di una guarnizione anulare continua in accordo con la forma di attuazione illustrata nella figura 1.

La figura 4 rappresenta una vista frontale in sezione verticale di una porzione di contatto di estremità di un manicotto di cilindro in accordo con la forma di attuazione illustrata nella figura 1.

La figura 5 rappresenta una vista in sezione verticale ingrandita di una porzione essenziale illustrata nella figura 1.

La figura S rappresenta una vista laterale in sezione verticale lungo la linea VI-VI delle figure 2 e 7.

La figura 7 rappresenta una vista secondo la linea VII-VII della figura 2.

La figura 8 rappresenta una vista secondo la linea VIII-VIII della figura 2.

La figura 9 rappresenta una vista laterale in sezione verticale lungo la linea XI-XI della figura 7.

La figura 10 rappresenta una vista che illustra una forza esercitata su una superficie conica intagliata di un manicotto di cilindro e una superficie conica in modo convergente di una guarnizione anulare continua.

La figura 11 rappresenta un diagramma caratteristico che mostra variazioni di valori di fuga con una pressione crescente dei gas di combustione per guarnizioni anulari aventi superfici a cui non è applicata una placcatura e guarnizioni anulari aventi superfici a cui è applicata una placcatura di rame.

La figura 12 rappresenta un diagramma caratteristico che mostra variazioni di valori di fuga con una pressione crescente del gas di combustione per una guarnizione anulare avente la superficie a cui è applicata una placcatura di rame e senza un rivestimento di lubrificante, e guarnizioni anulari aventi superfici su cui è applicata una placcatura di rame e rivestita di lubrificanti.

La figura 13 rappresenta una vista laterale in sezione verticale che illustra una ulteriore forma di attuazione della presente invenzione.

La figura 14 rappresenta una vista secondo la linea XIV-XIV della figura 13.

La figura 15 rappresenta una vista in sezione verticale che illustra una ulteriore forma di attuazione della presente invenzione.

La figura 16 rappresenta una vista secondo la freccia XVI-XVI della figura 15.

Un motore a combustione interna 1 monocilindro a quattro tempi del tipo a valvole in testa raffreddato ad aria è montato su una motocicletta (non rappresentata) in modo che un albero a gomiti 7 sia diretto nella direzione della larghezza del veicolo. Su un basamento 2 realizzato in alluminio o lega di alluminio, sono sovrapposti in sequenza un blocco cilindro 3, una testata 4 e un coperchio della testata 5 realizzati in un materiale simile al primo. Il basamento 2, il blocco cilindro 3, la testata 4 ed il coperchio della testata 5 sono collegati integralmente tra loro per mezzo di quattro prigionieri 6 che si estendono attraverso questi componenti dall'alto verso il basso. Inoltre, nella figura 1, il prigioniero 6 adiacente al coperchio della testata 5 non è posizionato sul prolungamento del prigioniero 6 che si estende attraverso il blocco cilindro 3 poiché la sezione trasversale destra del blocco cilindro 3 è tagliata in un punto differente dalla sezione trasversale passante per l'albero a gomiti 7 ed un albero a camme 22.

L’albero a gomiti 7 è supportato in modo girevole sul basamento 2. Un manicotto di cilindro 8 realizzato in ghisa che ha una elevata resistenza all'abrasione ed una elevata resistenza meccanica è colato integralmente in avanti rispetto al veicolo durante la colata del blocco cilindro 3. Sporgenze periferiche 9 sono disposte ad intervalli fissi lungo l'asse del manicotto di cilindro 8 sulla periferia esterna del manicotto di cilindro 8 allo scopo di aumentare la forza di adesione nella direzione dell’asse di manicotto di cilindro 8. Uno stantuffo scorrevole verticalmente 11 è inserito in un foro di cilindro 10 del manicotto di cilindro 8. Le estremità opposte di una biella 14 sono montate in modo girevole su uno spinotto 12 dello stantuffo 11 ed un bottone di manovella 13 dell'albero a gomiti 7 rispettivamente. Una camera di combustione 16 delimitata da una superficie rientrante sostanzialmente semisferica 15 nella porzione centrale della superficie inferiore della testata 4, dal foro di cilindro 10 del blocco cilindro 3, ed una superficie superiore 11a dello stantuffo 11. Lo stantuffo 11 è premuto verso il basso in questa camera di combustione 16 dai gas di combustione accesi e prodotti in modo intermittente da una candela di accensione 17 in vicinanza di un punto morto superiore dello stantuffo 11, e l'albero a gomiti 7 è fatto ruotare dalla forza di pressione.

Sui lati superiore ed inferiore (nella figura, sui lati sinistro e destro) del cilindro 4 sono formate una luce di aspirazione 18 di grande diametro e una luce di scarico 19 di diametro minore della prima lungo il piano perpendicolare all'albero a gomiti 7, ed una valvola di aspirazione 20 di grande diametro ed una valvola di scarico 21 di piccolo diametro sono disposte in modo da poter chiudere le aperture della luce du aspirazione 18 e della luce di scarico 19 sul lato della camera di combustione, rispettivamente .

Quando la valvola di aspirazione 20 e la valvola di scarico 21 sono disposte in modo che le due estremità delle porzioni allargate di testa della valvola di aspirazione 20 di grande diametro e della valvola di scarico 21 di piccolo diametro siano posizionate lungo un arco sostanzialmente semicircolare formato dal taglio della superficie rientrante sostanzialmente semisferica 15 in corrispondenza di un piano passante per la luce di aspirazione 18 e la luce d di scarico 19, l'intersezione formata dall'asse della valvola di aspirazione 20 e dall’asse della valvola di scarico 21, come è illustrato nella figura 2, è posizionata sull'asse del foro di cilindro 10, e sì stabilisce la seguente relazione tra l'angolo θ1 formato tra l'asse della valvola di aspirazione 20 e l'angolo θ2 formato tra l’asse della valvola di scarico 21 e l'asse del foro di cilindro 10,

poiché il diametro della porzione allargata di testa della valvola di aspirazione 20 è grande rispetto al diametro della porzione allargata di testa della valvola di scarico 21.

Di conseguenza, l'estremità superiore della valvola di aspirazione 20 è posizionata in un punto vicino all'asse del foro di cilindro 10, e l'estremità superiore della valvola di scarico 21 è posizionata in un punto distanziato dall'asse del foro di cilindro 10. L’albero a camme 22 è spostato più vicino alla valvola di scarico 21 di 6 dal punto ad uguale distanza dalle estremità superiori della valvola di aspirazione 20 e della valvola di scarico 21, ossia dall'asse del foro di cilindro 10, ed è montato in modo girevole sulla testata 4 attraverso cuscinetti 23 e 24, come è illustrato nella figura 1.

Inoltre, come è illustrato nella figura 2, alberi di bilanciere 25 e 26 si estendono attraverso, e sono supportati sulla testata 4 mentre sono diretti secondo la larghezza del veicolo in punti equidistanziati verso l'alto e verso il basso (nella figura, verso sinistra e verso destra) rispetto all'albero a camme 22, e bilancieri 27 e 28 sono supportati in modo oscillante sugli alberi di bilanciere 25 e 26. Come è illustrato nella figura 1, una ruota dentata conduttrice 29 è montata integralmente sull'albero a gomiti 7, ed una ruota dentata condotta 30 avente un numero di denti doppio di quello della ruota dentata conduttrice 29 è montata sull'albero a camme 22. Una catena di distribuzione 31 si estende intorno alla ruota dentata conduttrice 29 e alla ruota dentata condotta 30 in modo che, ogni volta che l'albero a gomiti 7 ruota di due giri, la valvola di ammissione 20 e la valvola di scarico 21 siano comandate in modo da aprirsi e chiudersi una volta con una fasatura fissa.

Inoltre, come è illustrato nella figura 1, un generatore 32 ed un innesto 33 sono disposti sul lato sinistro e sul lato destro, rispettivamente dell'albero a gomiti 7 e l'innesto 33 è collegato ad una ruota posteriore attraverso un innesto ed un cambio di velocità (non rappresentato).

Come illustrato nella figura 3 o 5, una porzione di estremità, sul lato in contatto con la testata, del foro di cilindro 10 del manicotto di cilindro 8 nel blocco cilindro 3, ha una superficie conica intagliata 34 realizzata come una superficie inclinata intagliata il cui diametro interno aumenta gradualmente dalla superficie periferica interna del foro di cilindro 10 verso la superficie di contatto di estremità 8a con la testata 4. D'altra parte, una porzione periferica esterna, sul lato cilindro, di una guarnizione anulare continua 35 realizzata in acciaio dolce o acciaio inossidabile interposta tra il blocco cilindro 3 e la testata 4 ha una superficie conica in modo convergente 36 che costituisce una superficie inclinata in modo convergente in grado di essere portata in stretto contatto con la superficie conica intagliata 34 del foro di cilindro 10. La guarnizione anulare continua 35 è configurata in modo che la sua larghezza w sia pari a circa 2,23% rispetto al diametro esterno D della guarnizione anulare continua 35, ed il suo spessore t sia pari a circa 3,13% rispetto al diametro esterno D della guarnizione anulare continua 35.

La superficie conica intagliata 34 e la guarnizione anulare continua 35 sono realizzate in modo da avere la seguente relazione dimensionale: in particolare, nella condizione in cui la guarnizione anulare continua 35 è inserita nel manicotto di cilindro 8 in modo che la superficie conica in modo convergente 36 della guarnizione anulare continua 35 entr in leggero contatto con la superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8, un piano superiore 37 della guarnizione anulare continua 35 sporge leggermente dalla superficie di contatto di estremità 8a del manicotto di cilindro 8. Nella condizione in cui i prigionieri 6 sono saldamente serrati, la guarnizione anulare continua 35 è premuta nella superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8 fino a quando la superficie conica in modo convergente 36 della guarnizione anulare continua 35 non si muove per scorrimento lungo la superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8, ed il piano superiore di estremità 37 della guarnizione anulare continua 35 assume sostanzialmente la stessa altezza della superficie di contatto di estremità 8a del manicotto di cilindro 8 mediante una forza di compressione circonferenziale della guarnizione anulare continua 35.

Porzioni assiali rigonfie 39 per circondare fori 38 per l'inserimento dei prigionieri attraverso L quali sono inseriti i prigionieri 6, sporgono in quattro punti 4 davanti e dietro, e a sinistra e a destra, nella periferia esterna deL manicotto di cilindro 8.

Come è illustrato nella figura 2, fori di supporto girevole 40 e 41 per supportare in modo girevole gli alberi di bilanciere 25 e 26 sono formati nella testata 4 in modo che l'albero di bilanciere 25 sul lato della valvola di aspirazione 20 e l’albero di bilanciere 26 sul lato della valvola di scarico 21 siano disposti ad intervalli uguali δ rispetto ad un asse Y passante per il centro dell'albero a camme 22 parallelamente all'asse Y del foro di cilindro 10. Come è illustrato nella figura 6, tra i fori di supporto articolato 40 e 41, i fori 40L e 41L (soltanto 40L è illustrato, e 41L non lo è) sul lato della ruota dentata condotta 30, ossia sul lato sinistro del veicolo sono fori ciechi, ed i fori 40R e 41R (soltanto 40R è illustrato, e 41R non lo è) sul lato opposto alla ruota dentata condotta 30, ossia sul lato destro del veicolo, sono aperti verso destra in modo da essere perpendicolari ai fori superiori destri 38UR e 38UR di inserimento dei prigionieri (38UR non è illustrato).

Come è illustrato nella figura 7, i fori di sinistra 38UL e 38DL per l'inserimento dei prigionieri (poiché la figura 7 rappresenta una vista frontale, la sinistra e la destra sono scambiate) sono disposti sullo stesso piano verticale, ed i fori di destra 38UR e 38DR per l'inserimento dei prigionieri sono anch'essi disposti sullo stesso piano verticale ed i fori inferiori 38DL e 38DR per l'inserimento dei prigionieri sono anche disposti sullo stesso piano. Con riferimento ai fori superiori 38UL e 38UR per l'inserimento dei prigionieri, il foro superiore sinistro 38UL per l’inserimento del prigioniero è disposto leggermente sopra il foro superiore destro 38UR per l'inserimento del prigioniero.

Tra i quattro fori per l'inserimento dei prigionieri 38, i fori superiore destro e inferiore destro 38UR e 38DR per l'inserimento dei prigionieri permettono il passaggio di lubrificanti attraverso tali fori, ed il foro superiore sinistro 38UL per l'inserimento del prigioniero è messo in comunicazione con il passaggio di sfiato, e di conseguenza dadi con foro cieco del tipo a tenuta di aria e liquido aventi ciascuno una sommità arrotondata sono avvitati sulle sommità dei tre prigionieri 6U, 6DR e 6U inseriti nei tre fori 38UR, 38DR e 38U per l'inserimento dei prigionieri ed un dado normale è avvitato sulla sommità del prigioniero restante 6DL- Una guarnizione di gomma di tenuta è disposta in ciascuno dei fori 38U, 38UR e 38DR per l’inserimento dei prigionieri del tipo a tenuta di aria e liquido in corrispondenza della superficie associata tra il blocco cilindro 3 la testata 4, ed il bordo dell'apertura della camera della catena di distribuzione.

La forma di attuazione illustrata nelle figure da 1 a 9 è configurata come precedentemente descritto. Perciò, quando i prigionieri 6 sono saldamente serrati, il blocco cilindro 3 e la testata 4 sono avvicinati con forza l'uno all’altra, e la superficie conica in modo convergente 36 della guarnizione anulare continua 35 interposta tra il blocco cilindro 3 e la testata 4 è fatta muovere per scorrimento lungo la superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8. Trascurando la forza di attrito tra la superficie conica in modo convergente 36 e la superficie conica intagliata 34, una forza normale N generata nella superficie conica intagliata 34 e nella superficie conica in modo convergente 36 rispetto ad una forza di fissaggio assiale P del prigioniero 6 è, come illustrato nella figura 10, rappresentata da:

in cui a rappresenta l'angolo di inclinazione della superficie conica intagliata 34 rispetto all’asse del foro di cilindro 10. Prendendo in considerazione la forza di attrito R tra la superficie conica convergente 36 e la superficie conica intagliata 34, la forza normale N è rappresentata da:

in cui λ rappresenta l'angolo di attrito, e tan λ rappresenta il coefficiente di attrito. In ogni caso, la forza normale N della superficie conica intagliata 34 ha un valore elevato rispetto alla forza assiale di fissaggio P del prigioniero 6, e di conseguenza la superficie conica in modo convergente 36 è premuta con forza contro la superficie conica intagliata 34 aumentando la capacità di tenuta tra la superficie conica intagliata 34 e la superficie conica in modo convergente 36.

Anche se la superficie di contatto 4a della testata 4 devia dal piano preciso ed è realizzata in modo irregolare, la guarnizione anulare continua 35 essendo sottile e deformabile, può adattarsi alle irregolarità della superficie di contatto 4a. Inoltre, la superficie conica intagliata 34 e la guarnizione anulare continua 35 sono realizzate in modo che, anche se la superficie di contatto 4a della testata 4 devia dal piano preciso ed è realizzata in modo irregolare, e nella condizione in cui non viene esercitata nessuna forza di pressione sulla guarnizione anulare continua 35 inserita nella superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8, il piano superiore di estremità 37 della guarnizione anulare continua 35 sporge di ∑ verso l’alto dall'estremità di contatto 8a del manicotto di cilindro 8. Perciò, la guarnizione anulare continua 35 è adeguatamente curva in modo corrispondente ad irregolarità della superficie di contatto 4a della testata 4, ed il piano superiore di estremità 37 della guarnizione anulare continua 35 e la superficie di contatto 4a della testata 4 entrano strettamente in contatto l’uno con l’altra lungo tutta la periferia della guarnizione anulare continua 35, aumentando la capacità di tenuta tra il piano superiore di estremità 37 e la superficie di contatto 4a.

Come precedentemente descritto, la guarnizione anulare continua 35 entra strettamente in contatto con la superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8 e la superficie di contatto 4a della testata 4, aumentando la capacità di tenuta di entrambe le porzioni di contatto. Perciò, è possibile impedire positivamente che gas di combustione ad alta pressione generati nella camera di combustione 16 durante il funzionamento del motore a combustione interna 1 a monocilindro a quattro tempi sfuggano da e tra le estremità di contatto del manicotto 8a del blocco cilindro 3 e la superficie di contatto 4a della testata 4.

Inoltre, durante il funzionamento del motore in cui vengono generati gas di combustione ad alta pressione, la guarnizione anulare continua 35 è esposta ai gas di combustione ad alta temperatura ricevendo calore in modo concentrato. Di conseguenza, una elevata forza di dilatazione termica è generata rispetto alla testata 4 e al manicotto di cilindro 8, e la forza di pressione generata nella superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8 e nella superficie conica in modo convergente 36 della guarnizione anulare continua 35 aumenta in misura significativa migliorando ulteriormente la capacità di tenuta.

La guarnizione anulare continua 35 è sottoposta ad una reazione ed è notevolmente dilatata termicamente dal blocco cilindro 3 e dalla testata 4, e riceve sempre una forza di compressione nella direzione periferica, per cui è meno soggetta a rottura prodotta dalla trazione.

In particolare, poiché il motore a combustione interna 1 monocilindro a quattro tempi è raffreddato ad aria come nella presente forma di attuazione, soltanto la guarnizione anulare continua 35 sarà sufficiente quale organo di tenuta, semplificando cosi in misura significativa la struttura e riducendo in misura notevole il costo.

Inoltre, poiché la guarnizione per rendere stagna la camera di combustione 16 è costituita dalla guarnizione anulare continua di piccolo diametro 35, non è necessario ampliare la superficie di contatto tra il blocco cilindrico 3 e la testata 4, e il motore a combustione interna 1 monocilindro a quattro tempi può essere miniaturizzato riducendone il peso.

Nella forma di attuazione illustrata nelle figure da 1 a 9, poiché la porzione periferica del foro 38 per l'inserimento del prigioniero è integrata con la porzione rigonfia più spessa 39 del blocco cilindro 8 è possibile rendere maggiore il diametro del blocco cilindro 8 ed aumentare il diametro interno del foro di cilindro 10 e di conseguenza favorire facilmente l’aumento della potenza sviluppata dal motore a combustione interna 1 monocilindro a quattro tempi, evitando la riduzione della resistenza di collegamento tra il manicotto di cilindro 8 e lo strato rettificato del blocco cilindro 3 e dell’interferenza reciproca.

Come precedentemente descritto, nel motore a combustione interna 1 monocilindro a quattro tempo, non è necessario variare la forma e la dimensione del blocco cilindro 3 e dell'intervallo tra i fori 36 per l'inserimento dei prigionieri. Perciò, non è necessario modificare stampi e componenti precedentemente utilizzati per la produzione ed è possibile ridurre in misura significativa l'aumento di costo risultante dalla variazione di progetto del motore a combustione interna 1 monocilindro a quattro tempi.

Inoltre, il diametro interno del foro di cilindro 10 è aumentato senza modificare la forma e la dimensione del blocco cilindro 3, per cui l'area in sezione trasversale del blocco cilindro 3 si riduce, ed anche se una tensione media di fissaggio per compressione del blocco cilindro 3 prodotta dalla forza di serraggio del prigioniero 6 aumenta, il blocco cilindro 8 può facilmente assorbire la forza di fissaggio poiché il manicotto di cilindro 8 di elevata resistenza meccanica è integrato con la porzione assiale rigonfia 11 sulla periferia del foro 38 per l'inserimento del prigioniero che circonda il prigioniero 6.

Inoltre, la porzione assiale rigonfia 39 e la porzione periferica del foro 38 per inserimento del prigioniero è integrale con il manicotto del cilindro 8 ed ha una resistenza meccanica ed un coefficiente di dilatazione termica sostanzialmente uguali a quelli del prigioniero 6. Perciò, anche se il blocco cilindro 3 ed i prigionieri 6 si riscaldano durante il funzionamento del motore a combustione interna 1 monocilindro a quattro tempi, non si verifica una differenza elevata di dilatazione termica tra il manicotto di cilindro 8 ed il prigioniero 6, e la tensione esercitata sul manicotto di cilindro 8 e sui prigionieri 6 non è molto grande.

Come è illustrato nella figura 2, l'albero di bilanciere 25 sul lato della valvola di aspirazione 20 e l'albero di bilanciere 26 sul lato della valvola di scarico 21 sono disposti ad intervalli uguali δ rispetto alla linea parallela al foro 38 per l'inserimento del prigioniero passante per l'albero a camme 22. Perciò, il bilanciere 27 sul lato della valvola di aspirazione 20 ed il bilanciere 28 sul lato della valvola di scarico 21 possono avere la stessa forma e la stessa dimensione, e non è necessario variare l'angolo di accoppiamento della valvola di aspirazione 20 e della valvola di scarico 21, e la luce di aspirazione 18 e la luce di scarico 19. Di conseguenza, il numero di componenti può essere ridotto, ed il costo può essere ridotto.

Come è illustrato nella figura 2, l'albero a camme 22 è posizionato sostanzialmente al centro dell'intervallo tra i prigionieri 6U L, 6UR ed i prigionieri 6DL, 6DR inseriti nei fori di inserimento dei prigionieri 38UL, 38UR e nei fori di inserimento dei prigionieri 38DL, 38DR, e l'albero di bilanciere 25 e l'albero di bilanciere 26 sono posizionati in modo da intersecare i prigionieri 6UL, 6UR ed i prigionieri 6DL, 6DR- Perciò, la reazione delle camme esercitata sull’albero a camme 22 e sugli alberi di bilanciere 25, 26 può essere assorbita in modo sostanzialmente uguale dai prigionieri 6UL, 6UR, 6DL e 6DR' ed blocco cilindro 3, la testata 4 ed il coperchio della testata 5 possono essere collegati saldamente e stabilmente uno all'altro.

Anche se la guarnizione anulare continua è utilizzata nelle forme di attuazione illustrate nelle figure da 1 a 9, essa può essere sostituita da una guarnizione anulare con faccia di estremità perpendicolari alla direzione circonferenziale dell'anello.

La guarnizione anulare con faccia di estremità è ottenuta realizzando un filo metallico avente una lunghezza specifica in una forma avente una sezione trasversale specifica e piegandolo in una forma anulare. Di conseguenza, guarnizioni anulari di questo tipo corrispondenti a vari diametri dei fori di cilindro 10 possono essere facilmente fabbricate su larga scala a basso costo.

Una guarnizione con faccia di estremità, se ha sostanzialmente la stessa lunghezza periferica di una guarnizione anulare continua, può svolgere una funzione simile a quella della guarnizione anulare continua quando le sue facce di estremità sono chiuse da una forza di compressione circonferenziale applicata al montaggio della guarnizione. E' vantaggioso che il gioco tra le facce di estremità della guarnizione sia fissato ad un valore ridotto in una condizione prima del montaggio in termini di lavorabilità durante il montaggio .

Inoltre, anche se il manicotto di cilindro 8 è realizzato in ghisa e la guarnizione anulare continua 35 è realizzata in acciaio dolce o in acciaio inossidabile nelle forme di attuazione precedenti, sulla superficie della guarnizione anulare continua 35 può essere applicata una sottile pellicola di metallo, come rame, per placcatura. In questa guarnizione anulare continua a cui è applicata una placcatura di rame, lo strato di placcatura di rame è facilmente deformato in accordo con irregolarità di un organo associato ed ha un basso coefficiente di attrito, e di conseguenza, come illustrato dalle curve (1), (2), (4) e (5) nella figura 11, il valore di fughe di un gas di combustione nella camera di combustione 16 è notevolmente ridotto. Anche quando la guarnizione anulare continua a cui è applicata una placcatura di rame è riutilizzata, come è indicato da una curva (3), il valore di fughe di un gas di combustione non aumenta molto. In particolare, la guarnizione anulare continua a cui è applicata una placcatura di rame può essere utilizzata in modo ripetitivo, con la conseguenza di un costo ridotto.

Per la guarnizione anulare continua 35 avente la superficie superiore di estremità 37 leggermente curva verso l'alto e a cui è applicata una placcatura di rame, che è indicata da una curva (3), il valore delle fughe di gas è superiore a quello della guarnizione anulare continua avente la superficie piatta illustrata nelle forme di attuazione precedenti (figure da 1 a 9) e a cui è applicata una placcatura di rame; tuttavia il valore delle fughe di gas è inferiore a quello della guarnizione anulare continua a cui non è applicata una placcatura di rame, che è indicata dalla curva (2).

Per la guarnizione anulare provvista di facce di estremità, il valore delle fughe di gas è grande a causa della presenza della facce di estremità, come è indicato dalla curva (1) nella figura 11; tuttavia, se ad essa è applicata una placcatura di rame, il valore delle fughe di gas è notevolmente ridotto poiché la superficie conica in modo convergente della guarnizione provvista di facce di estremità scorre ed è portata in stretto contatto con la superficie conica intagliata 34 all'estremità superiore del foro di cilindro 10.

Inoltre, anche se si utilizza una placcatura di rame come sottile pellicola metallica in questa forma di attuazione, è possibile utilizzare un metallo tenero, come stagno, argento o zinco. Inoltre, un effetto simile può essere ottenuto migliorando la rugosità superficiale al posto della realizzazione di una sottile pellicola metallica in termini di prestazioni di scorrimento.

Quando la guarnizione anulare continua 35 è montata sulla superficie conica intagliata 34 del manicotto di cilindro 8, la superficie conica in modo convergente 36 della guarnizione anulare continua 35 e la superficie conica intagliata 34 possono essere rivestite con un lubrificante, come olio lubrificante. In questo caso, come si vede dalle Equazioni 1 e 2, la forza normale N tra la superficie conica intagliata 34 e la superficie conica in modo convergente 36 aumenta, migliorando ulteriormente la capacità di tenuta.

Concretamente, quando la superficie della guarnizione anulare continua a cui è applicata una placcatura di rame è rivestita con un lubrificante, il valore di fughe di un gas di combustione è notevolmente ridotto, come illustrato nella figura 12.

La figura 12 mostra gli effetti del rivestimento di lubrificanti sulle superfici di guarnizioni anulari continue a cui è applicata una placcatura di rame. In questo grafico, il simbolo di riferimento W indica un campo medio di pressione di gas in una regione usuale di funzionamento di un motore a combustione interna.

Nella figura, le curve da (1) a (5) si riferiscono ai seguenti campioni (guarnizione anulare continua):

(1): campione comparativo a cui è applicata soltanto una placcatura di rame e senza rivestimento di lubrificante;

(2): campione a cui è applicato una placcatura di rame e rivestito con un lubrificante metallico (marchio di fabbrica: Molycoat) per cottura;

(3): campione a cui è applicata una placcatura di rame e rivestito sulla sua superficie superiore con un olio lubrificante resistente al calore (marchio di fabbrica: Honda Pure Oil Ultra U);

(4): campione a cui è applicata una placcatura di rame e rivestito con un materiale di tenuta organico (marchio di fabbrica: LR-51 della Japan Leakless) su tutta la superficie, seguito da essiccamento;

(5): campione a cui è applicata una placcatura di rame e rivestito con lo stesso lubrificante descritto in (3) su una superficie conica in modo convergente.

Come si vede dalla figura 12, dal campione comparativo (1) a cui è applicata una placcatura di rame e senza rivestimento di lubrificante, il valore delle fughe di gas diventa maggiore con l'aumento della pressione. Per il campione (2) rivestito con il lubrificante metallico, il valore delle fughe di gas si riduce più che per il campione comparativo (1).

Per il campione (3) rivestito soltanto sulla superficie superiore (superficie in contatto con la testata) con un olio al silicio, il valore delle fughe di gas è ridotto.

Per il campione (4) rivestito con un materiale di tenuta organico, il valore delle fughe di gas è ulteriormente migliorato; tuttavia esso aumenta rapidamente quando la pressione del gas supera un certo valore.

Per ciascuna dei campioni (3) e (5) rivestiti con un alio lubrificante resistente al calore, il valore delle fughe di gas si riduce in misura maggiore che per l'esempio comparativo (1). Inoltre, con riferimento all'olio lubrificante resistente al calore, il rivestimento sulla superficie conica in forma convergente è più efficace di quello sulla porzione di contatto con la testata. Nel primo caso si verificano fughe di gas limitate.

L'angolo a della superficie conica - - convergente può essere compreso nel campo tra 30 e 60 gradi. Nelle prove indicate nelle figure da 11 a 13, l'angolo α è fissato a 30 gradi.

La presente invenzione può essere applicata al motore a combustione interna 40 a quattro tempi a due cilindri del tipo a valvola in testa raffreddato ad acqua illustrato nelle figure 13 e 14, ed anche al motore a combustione interna 53 a quattro tempi a quattro cilindri del tipo a valvole in testa raffreddato ad acqua illustrato nelle figure 15 e 16. In questo caso, è necessario disporre una guarnizione di tenuta per l'acqua 52 in modo da circondare la circonferenza di una camicia d'acqua 51. Tuttavia, poiché la guarnizione di tenuta per l'acqua 52 è separata dalla guarnizione anulare continua 35, è possibile utilizzare una guarnizione di tenuta per l'acqua 52 realizzata in una resina sintetica morbida che ha una resistenza al calore scadente ma una notevole elasticità, assicurando così facilmente una capacità di tenuta più completa rispetto all'acqua di raffreddamento. Inoltre, la presente invenzione può essere naturalmente applicata ad un motore a combustione interna a due tempi del tipo raffreddato ad aria e raffreddato ad acqua.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Struttura di tenuta tra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo in cui il cilindro suddetto e la testata suddetta sono resi stagni avvicinando in misura maggiore il cilindro suddetto e la testata suddetta l’uno all'altra mediante mezzi di fissaggio e di serraggio in una condizione in cui una guarnizione è interposta tra il cilindro suddetto e la testata suddetta; caratterizzato dal fatto che: la guarnizione suddetta realizzata in una forma anulare e serrata dai mezzi suddetti di fissaggio e di serraggio attraverso il cilindro suddetto e la testata suddetta, ha una superficie periferica esterna realizzata come una superficie inclinata in modo convergente in modo che la guarnizione anulare suddetta riceva una forza di compressione lungo una direzione circonferenziale della guarnizione anulare suddetta; e il cilindro suddetto oppure la testata suddetta ha unasuper ficie inclinata in grado di essere portata a stretto contatto con la superficie inclinata in modo convergente suddetta della guarnizione anulare suddetta.
2. Struttura di tenuta tra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo in cui una guarnizione è interposta tra il cilindro suddetto e la testata suddetta, ed il cilindro suddetto e la testata suddetta sono collegati in modo separabile l'uno all’altra; caratterizzata dal fatto che: la guarnizione suddetta è realizzata in una forma anulare ed è disposta in corrispondenza di una porzione di bordo di un foro di cilindro del cilindro suddetto su un lato portato in contatto con la testata suddetta; la porzione di bordo del foro di cilindro suddetto sul lato portato in contatto con la testata suddetta ha una superficie inclinata intagliata avente un diametro interno che aumenta gradualmente da una superficie periferica interna del foro di cilindro suddetto alla superficie di contatto tra il foro di cilindro suddetto e la testata suddetta; e una porzione periferica esterna della guarnizione anulare suddetta sul lato cilindro ha una superficie inclinata in modo convergente in grado di essere portata in stretto contatto con la superficie inclinata intagliata del foro di cilindro suddetto.
3. Struttura di tenuta tra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo secondo la rivendicazione 1 oppure 2, in cui la superficie anulare continua di estremità della guarnizione anulare suddetta sul lato opposto alla porzione di bordo avente la superficie inclinata in modo convergente, è realizzata in una forma piana; e la superficie di estremità piana suddetta della guarnizione anulare suddetta può essere portata in stretto contatto con una superficie piana di estremità della testata suddetta o una superficie piana di estremità del cilindro suddetto.
4. Struttura di tenuta tra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo secondo la rivendicazione 1, 2 oppure 3, in cui il motore suddetto è un motore a combustione interna a più cilindri.
5. Struttura di tenuta tra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui una sottile pellicola realizzata in un materiale più tenero di quello della guarnizione anulare suddetta è formata sulla superficie della guarnizione anulare suddetta.
6. Struttura di tenuta tra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui la superficie della guarnizione anulare suddetta è rivestita con un lubrificante.
7. Procedimento di assemblaggio di una struttura di tenuta tra cilindro e testata di un motore a combustione interna di tipo alternativo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto che la testata suddetta è assemblata con il cilindro suddetto attraverso la guarnizione anulare suddetta rivestendo la superficie della guarnizione anulare suddetta con un lubrificante, interponendo la guarnizione anulare suddetta tra il cilindro suddetto e la testata suddetta, e serrando e fissando in modo forzato la guarnizione anulare suddetta per mezzo del cilindro suddetto e della testata suddetta.