PT2553279T

PT2553279T - Cambota ôca para motores de combustão interna

Info

Publication number: PT2553279T
Application number: PT117621219T
Authority: PT
Inventors: Pathak Udayan; Shingade Vikas; Senthilkumar V; Patil Sanjay; Gokhale Kedar
Original assignee: Tata Motors Ltd
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-30
Publication date: 2016-10-18
Also published as: EP2553279A4; ES2597053T3; EP2553279B1; EP2553279A1; CY1118083T1; WO2011121611A1

Description

DESCRIÇÃO "CAMBOTA ÔCA PARA MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA" DOMÍNIO DA INVENÇÃO:

Esta invenção diz respeito a cambota com secções ôcas e método para a realização da mesma. A cambota é um dos componentes básicos do motor de (IC) combustão interna a qual é submetida a severa propulsão a partir do pistão e da biela de ligação e em combinação converte o movimento de vaivém do pistão em movimento rotativo.

Convencionalmente, as cambotas são fabricadas por qualquer via de forjamento ou de fundição, as quais são seguidas de maquinagem do material. 0 rendimento de produção por ambos estes processos, o forjamento e maquinagem do material ou a fundição e maquinagem do material corresponde respectivamente de 60 a 80% e de 40 a 60%. Isto resulta em elevados custos de maquinagem do material e de resíduos de material valioso sob a forma de aparas (estilhas). Em segundo lugar, essas construções são para serem feitas com secções sólidas que vão resultar em adição de peso no veículo. A actual invenção descreve a cambota montada com construção ôca do Moente de Apoio Principal aqui e a seguir referido como moente de MB e o Moente de Manivela aqui e a seguir referido como moente de CP. Isto resulta na melhoria de produção metálica entre os 85 a 95% durante a fabricação e em peso reduzido da cambota. Conceptualmente a presente invenção é aplicável a todas as cambotas. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO: A cambota é um dos componentes críticos do motor IC que é continuamente submetida a propulsão a partir do pistão e da biela de ligação desde que o motor arranca. A cambota deve ter capacidade para suportar carga estrutural, uma vez que ela é submetida a cisalhamento, a torção e tensões de flexão ao longo do seu comprimento. Uma maior frequência de rotação faz com que o ciclo de carga seja ainda mais critico.

Convencionalmente, são seguidas duas linhas de orientação para fabricar uma cambota, ou seja, fundição e forjamento seguido de maquinagem do material. 0 rendimento de produção metálica do vazamento (fundição, ou moldagem) da cambota representa 40% a 60%, correspondendo o resto a maquinagem do material. Em segundo lugar, os elementos fundidos são propícios a defeitos típicos de fundição como seja a porosidade, as bolhas insufladas, etc. em virtude do que, durante a concepção, o factor de segurança para cambotas é mantido sobre o lado mais elevado. Isso resulta em última análise que se tenham maiores secções transversais, aumentando o peso da cambota. Embora, a linha de orientação por fundição seja económica, os deméritos com ela associados, como sejam os defeitos de fundição, abrem caminho a linhas de produção alternativas.

Uma segunda via popularizada de fabricação, consiste no forjamento do bilete (tarugo) para o respectivo formato, maquinando depois esse forjamento até às dimensões de acabamento. As cambotas forjadas mecanicamente são superiores em resistência devido ao fluxo de grãos na direcção desejada. Os defeitos metalúrgicos estão ausentes, o que melhora a fiabilidade das diferentes secções da cambota. Esta linha de orientação é também economicamente competitiva, devido a taxas de produção mais elevadas. Mas, a grande desvantagem com esta linha de orientação de produção é a maquinagem do material em modo extensivo semelhante à das cambotas por fundição. A maquinagem do material em modo extensivo não só aumenta o custo, mas gera resíduos metálicos na forma de aparas (estilhas). 0 rendimento de produção metálica é de entre 60 a 80% em cambotas forjadas. Têm havido manifestações bem sucedidas de cambotas montadas, mas com pernes de manivela sólidos ôcos e chumaceiras principais (munhões) lisas. A construção ôca de cambotas é mais popular pelo método de fundição. Existem algumas demonstrações de cambotas montadas com pernes de manivela ôcos e chumaceiras principais ôcas, mas, foram possíveis em combinação com algum tipo de soldadura.

As cambotas convencionais para motores IC (de combustão interna) são divulgadas, por exemplo, nos documentos de patente JP S59 195218 U e US 1 588 850 A. A actual invenção descreve a cambota montada com secções ôcas para moentes de MB e moentes de CP. A utilização de secções ôcas resulta na redução de peso das cambotas e economiza grande guantidade de resíduos metálicos que de outra maneira seriam gerados durante a maquinagem dos materiais. O rendimento de produção metálica da cambota fabricada pela montagem de secções ôcas situa-se entre 90 a 95%. Na actual invenção os moentes de MB e os moentes de CP são refrigerados e são instalados retraídos dentro do lóbulo moderadamente aquecido, resultando num ajustamento de interferência. OBJECTIVO DA PRESENTE INVENÇÃO: 1) O principal objectivo da invenção é o de reduzir o peso da cambota através da adopção de construção ôca. 2) Uma outra invenção consiste em redesenhar a cambota a fim de reduzir de forma drástica os ângulos de concordância (ou apenas "as concordâncias"), sendo sugeridas concepções alternativas sem qualquer ângulo de concordância. 3) Ainda um outro objectivo é o de reduzir os resíduos metálicos gerados durante a maquinagem dos materiais e de melhorar o rendimento de produção metálica do processo. SUMÁRIO DA INVENÇÃO:

Como um conceito, a cambota montada com construção ôca é aplicável em todas as cambotas de motores de combustão interna. Como um caso, este conceito é demonstrado para a cambota para motores de IC de dois cilindros. Dois cilindros de IC no motor tem dois moentes de CP e três moentes de MB. Ambos os moentes de CP estão localizados de um mesmo lado e não em lados opostos. São propostos o moente de apoio principal e o moente de manivela, os quais são indicados para serem de construção ôca. A análise de tensão é feita com o auxilio da Análise de Elementos Finitos e, consequentemente, são seleccionados os materiais para as diferentes secções. A espessura da parede, dos moentes de manivela e dos de apoio principal, é mantida entre 4 a 8 mm. Os moentes de MB são considerados para serem forçados com tensão de 175 até 350 MPa e a tensão sobre os moentes de CP é para ser entre os 250 a 380 MPa. Tendo em consideração os níveis de tensão, os moentes de CP e de MB podem ser fabricados em aço EN8 sob as condições de temperado e de endurecido. A montagem de peças soltas é feita com o auxílio de acessórios de fixação. DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO:

Assim, a presente invenção divulga uma cambota ôca para motores de IC (combustão interna), compreendendo multiplicidade de moentes de apoio principais (5) e moentes de manivela (3) , ambos constituídos a partir de secção ôca; multiplicidade de flanges (1) configuradas com uma furação cilíndrica cega (10) para acomodar o referido moente de apoio principal (5) e uma furação cilíndrica (9) para acomodar o moente de manivela (3) , uma furação de passagem (8) na furação cilíndrica para o Moente de Manivela (CP) (3) e uma furação de passagem (4) que liga o referido moente de apoio principal (MB) (5) e o Moente de Manivela (CP) (3); pelo menos, um orifício proporcionado em cada um dos referidos Moentes de (MB) (5) e Moentes de Manivela (CP) (3) para proporcionar através dele o óleo para a lubrificação; pelo menos um arranjo proporcionado na cambota para restringir a drenagem do óleo da cambota quando não estiver em operação; e ionada na furação de passagem (8) perfurada a partir da furação cilíndrica para o moente de CP.

Consequentemente, a presente invenção também divulga uma cambota ôca para motores de combustão interna compreendendo multiplicidade de moentes de apoio principais (MB) (5) e moentes de manivela (CP) (3), ambos constituídos a partir de secção ôca que são proporcionados com chanfros nas extremidades dos referidos moentes de manivela CP e dos referidos moentes de apoio MB de tal modo que quando montados na cambota qarante uma abertura (4') para conectá-los com a lubrificação com óleo; multiplicidade de flanqes (1) configuradas com uma furação cilíndrica cega (10) para acomodar o referido moente de apoio principal (MP) (5) e uma furação cilíndrica (9) para acomodar o moente de manivela (CP) (3); pelo menos, um orifício proporcionado em cada um dos referidos moentes de apoio principais (MP) (5) e moentes de manivela (CP) (3) para proporcionar através dele o óleo para lubrificação; pelo menos um arranjo proporcionado na cambota para restringir a drenagem do óleo da cambota quando não estiver em funcionamento. BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS:

De acordo com a presente invenção A Figura 1 mostra uma cambota ôca. A Figura 2 mostra a Unidade de um primeiro moente principal, um primeiro moente de manivela e uma flange. A Figura 3 mostra uma construção de concepção alternativa. A Figura 4 mostra o Primeiro moente principal, o primeiro moente de manivela e a flange de construção alternativa. A Figura 5 ilustra a Construção da flange. DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO:

Para demonstrar a construção ôca de uma cambota, é seleccionada a cambota para o motor de IC. A presente invenção ilustra a construção ôca e método de fazer a mesma. 0 motor de combustão interna (IC) exemplificativo é um motor de dois cilindros com ambos os pernes de um dos lados. 0 peso de uma cambota do motor de dois cilindros é 6,37 kg em construção sólida, o qual se reduz para 5,2 kg em construção ôca. Isto leva a redução de peso em 18,3%. De modo semelhante, ao proporcionar-se tal construção ôca, pode ser poupado o peso da cambota para três cilindros, para quatro cilindros ou para quaisquer múltiplos de cilindros num motor de IC.

Convencionalmente, as cambotas são fabricadas por via de fundição ou forjamento. Esta via envolve operações de maquinagem pesada de materiais e dá origem a resíduos metálicos. Quase 20 a 40% de material é sujeito a maquinagem a partir uma cambota forjada. A cambota de fundição envolve vestígios de nível semelhante e os resíduos totais são de cerca de 40 a 60%. Embora, os resíduos metálicos possam ser reciclados, envolve custos de energia para a conversão. Assim, tais concepções não são amigas do ambiente nem económicas. O rendimento de produção metálica para cambota ôca é de 90 a 95%, o que significa que existe, pelo menos, 30 a 55% de melhoria no rendimento de produção metálica. Esta melhoria no rendimento de produção metálica iria economizar energia e os custos da conversão do metal de sucata.

Em comparação com estas vias a construção ôca é um método económico e muito eficaz de produzir uma cambota. Os moentes MB (de apoio principal) e moentes CP (de manivela) podem ser convertidos em construção ôca, e no caso do motor de IC é demonstrado que a construção de cambotas de montagem ôca sobrevive a condições de carga semelhantes como nas cambotas de construção sólida.

As flanges são submetidas aos níveis de tensão de 300 a 380MPa e os moentes CP são submetidos a tensões da ordem de 250 a 380 MPa. O aço de liga leve de médio teor de carbono, tal como pode ser utilizado o aço EN8 em estado temperado e endurecido, com a confiabilidade necessária, para os moentes CP, os moentes MB e as flanges.

As peças de moentes CP, moentes MB e flanges soltas são mantidas em posição e montadas com o auxílio de equipamentos de precisão. Os equipamentos utilizados para a montagem são fabricados com controlos dimensionais precisos. A montagem dos referidos moentes MB (5) e moentes CP (3) nas suas respectivas furações circulares (10) e (9) nas referidas flanges aumenta a área de superfície circunferencial de contacto entre o referido moente MB e o moente CP e a sua respectiva furação cilíndrica nas referidas flanges. Isso permite a distribuição de tensão para a referida área de superfície circunferencial do contacto evitando assim falhas da cambota convencional no raio de concordância. A utilização de moentes de manivela ôcos resultam em significativa redução de peso, porque também se reduzem os pesos de furações nas flanges. A Fig. 1 é um esboço de cambota ôca montada. A Fig. 2 descreve as caracteristicas de montagem do primeiro moente de apoio principal MB (5) , do primeiro moente de manivela CP (3) e de uma flange entre eles (1) . 0 peso da cambota pode ser optimizado, por redução da espessura da flange no moente de manivela CP de extremidade. A flange é fabricada com uma furação cilíndrica cega (10) para o moente de MB, uma furação cilíndrica (9) para o moente CP e um orifício de passagem (8), na furação cilíndrica (9) para o moente CP. O moente CP e o moente MB são tubos com alguma espessura pré-determinada especificada para atender às cargas de serviço. As dimensões do moente MB e do moente CP e furações circulares na flange são tais que é alcançada a interferência de ajustamento de diâmetro de interferência na ordem de 0,12 a 0,15 mm. As flanges fixadas na montagem dos moentes CP e MB são retraídas e montadas ou têm ajuste de interferência. Uma vez que a montagem de peças soltas é um processo crítico, existe a necessidade de proporcionar um orifício nas flanges. Durante a montagem, a haste de guia na fixação, passa por esta através deste orifício de passagem e auxilia na manutenção da tolerância dimensional relativa de montagem da cambota. O orifício semelhante através da furação cilíndrica para o moente MB deve ser proporcionado para as hastes de guia adicionais, se necessário, para garantir um melhor controlo de tolerâncias dimensionais e posicionais. A flange também é proporcionada com um orifício de óleo (4) , que liga as cavidades do moente CP & moente MB. Durante a aplicação, o óleo é fornecido através do bloco do motor para o orifício de óleo (6) no moente MB. A cavidade do moente MB é preenchida com óleo, em seguida, através do orifício de óleo (4) na flange, o óleo é fornecido para a cavidade do moente de manivela. Após esta cavidade ser preenchida, o óleo é fornecido para a lubrificação através do orifício de óleo (7) no moente CP. Enquanto não está em funcionamento existe a ameaça de fuga de óleo, a qual pode ser abordada ao proporcionar uma mola e uma disposição de esfera sobre o bloco do motor, precisamente perto do orifício de óleo (6), sobre o moente MB. 0 orifício de passagem perfurado a paratir da furação cilíndrica para o moente CP, precisa de ser vedado por uma tampa (2), para garantir o abastecimento contínuo de óleo para a lubrificação.

Um outro modelo de realização ou de Construção alternativa para a cambota montada com moentes CP e moentes MB ôcos é mostrada na Fig 3. A Fig 4 mostra a principal diferença em relação à construção representada na Fig 2. 0 orifício de óleo (4) mostrado na Fig. 2, é eliminado na construção mostrada na Fig 4. Os chanfros proporcionados na extremidade do moente CP e do moente MB são assim montados de modo a assegurar uma abertura (4') com mais área do que a área da secção do orifício de óleo (7) no moente CP. Na

Figura 4, são mostrados o primeiro moente de apoio principal, o primeiro moente de manivela e a flange da construção que alternam com o moente de apoio principal (5) e o moente de manivela (3) . 0 número (1) é flange ou o entrelaçamento. 0 número (4') está a abrir-se para a passagem de óleo lubrificante a partir do MB para o CP. Os orifícios de passagem podem ser perfurados a partir das furações cilíndricas para moentes CP e moentes MB para permitir que possam passar as hastes de guia de montagem, como discutido para a Fig. 2.

Depois de ligar o motor, a pressão do óleo eleva-se e através do orifício MB (6) entra na cavidade do moente MB. Uma vez que a cavidade do moente MB esteja cheia, em seguida, através do orifício de óleo (4) na flange, o óleo entra cavidade do moente de manivela. Através do orifício (7) no moente de manivela, o óleo é fornecido para a lubrificação. A flange é fabricada por via de metalurgia do pó ou por formação ou por maquinagem de secções laminadas. A via de metalurgia do pó proporciona melhor controlo sobre o peso. Os moentes CP e MB são fabricados a partir de tubos quer tubos sem emendas ou quer tubos soldados. A flange é mantida sobre a fixação e o moente CP e moente MB são retraídos ajustados. A montagem começa com uma flange e quer, um moente CP ou um moente MB. Em seguida, a montagem é continuada em sequência através da montagem de partes adjacentes. As precisões dimensionais das cambotas são controladas pela precisão dimensional das peças soltas e das tolerâncias de fixação de montagem. A descrição anterior é um modelo de realização especifico da presente invenção. Deve notar-se que este modelo de realização é descrito apenas com o propósito de ilustração, e que numerosas alterações e modificações podem ser praticadas pelos especialistas com competência na tecnologia sem se afastarem do âmbito da invenção. É pretendido que todas essas modificações e alterações sejam incluídas na medida em que elas estejam dentro do âmbito da invenção tal como reivindicado ou as equivalentes das mesmas.

Lisboa, 11 de Outubro de 2016

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. A cambota ôca para IC motores compreendendo: uma multiplicidade de moentes de apoio principais (MB) (5) e moentes de manivela (CP) (3) , ambos constituídos de secção ôca; - uma multiplicidade de flanges (1) configuradas com uma furação cilíndrica cega (10) para acomodar o referido moente de apoio principal MB (5) e uma furação cilíndrica (9) para acomodar o moente de manivela CP (3), uma furação de passagem (8) na furação cilíndrica para o moente de manivela (CP) (3) e uma furação de passagem (4) que liga o referido moente de apoio principal (MB) (5) e o moente de manivela (CP) (3) ; - pelo menos, um orifício proporcionado em cada um dos referidos moentes de (MB) (5) e moentes de manivela (CP) (3) para proporcionar através dele o óleo a para lubrificação; - pelo menos um arranjo proporcionado na cambota para restringir a drenagem do óleo da cambota quando não estiver em funcionamento; e - pelo menos uma tampa (2) proporcionada na furação de passagem (8) perfurada a partir da furação cilíndrica para o moente de CP (3) , em que a montagem do referido moente de apoio principal (MB) (5) e do moente de manivela (CP) (3) para as suas respectivas furações cilíndricas (10) nas referidas flanges (1) está configurada para aumentar a área de superfície circunferencial de contacto entre o referido moente de apoio principal (MB) (5) e o moente de manivela (CP) (3) e os seus respectivos orifícios (10) para a distribuição de tensão para a referida área de superfície circunferencial de contacto, evitando desse modo cargas críticas da cambota nos raios das concordâncias.
2. A cambota ôca para motores de IC compreendendo: uma multiplicidade de moentes de apoio principais (MB) (5) e moentes de manivela (CP) (3) , ambos constituídos a partir de secção ôca são proporcionados com chanfros nas extremidades dos referidos moentes de manivela (CP) (3) e dos referidos moentes de apoio (MB) (5) de tal modo que quando montados na cambota garante uma abertura (4') para conectá-los com a lubrificação com óleo; - uma multiplicidade de flanges (1) configuradas com uma furação cilíndrica cega (10) para acomodar o referido moente de apoio principal (MP) (5) e uma furação cilíndrica (9) para acomodar o moente de manivela (CP) (3); - pelo menos, um orifício proporcionado em cada um dos referidos apoios principais (MP) (5) e moentes de manivela (CP) (3) para proporcionar através dele o óleo para lubrificação; e - pelo menos um arranjo proporcionado na cambota para restringir a drenagem do óleo da cambota quando não estiver em funcionamento, em que a montagem do referido moente de apoio principal (MB) (5) e do moente de manivela (CP) (3) e os seus respectivos orifícios (10) na referida flange (1) está configurada para aumentar a área de superfície circunferencial de contacto entre o referido moente de apoio principal (MB) (5) e o moente de manivela (CP) (3) e os seus respectivos orifícios (10), para a distribuição de tensão para a referida área de superfície circunferencial de contacto, evitando desse modo cargas críticas da cambota nos raios das concordâncias.
3. A cambota, como reivindicado na reivindicação 2, em que a referida abertura proporcionada para ligar os chanfros na extremidade do referido moente de manivela (CP) (3) e do referido moente de apoio principal (MB) (5) ficando a ter mais área em corte transversal do que a área da secção do orifício de óleo (7) no moente CP (3) .
4. A cambota, como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, em que o referido moente de manivela (CP) (3) e o moente de apoio principal (MB) (5) são secções ôcas fabricadas a partir de tubos, quer tubos sem emendas ou quer tubos soldados, com espessura pré-determinada seleccionada para adequação às cargas de serviço e as referidas flanges são fabricadas por via de metalurgia do pó ou por formação ou por maquinagem de secções laminadas.
5. A cambota, tal como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, em que o referido moente de apoio principal (MB) (5) e o moente de manivela (CP) (3) estão configurados para serem montados nas respectivas furações cilíndricas na referida flange para alcançar o ajustamento de interferência de diâmetro de interferência de 0,12 a 0,15 mm.
6. A cambota, tal como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, em que o referido moente de manivela (CP) (3), o moente de apoio principal (MB) (5) e as flanges são mantidas em posição e montadas em sequência pela montagem de peças adjacentes com o auxílio de equipamentos de precisão.
7. A cambota, tal como reivindicado na reivindicação 1, em que o referido orifício de passagem (8) na perfuração cilíndrica para o moente de manivela (CP) (3) é configurado para a haste de guia proporcionada sobre a fixação passar através deste orifício de passagem e auxiliar na manutenção da tolerância dimensional em relação à montagem da cambota.
8. A cambota, tal como reivindicado na reivindicação 1, em que o referido moente de apoio principal (MB) (5) também é proporcionado selectivamente com o orifício de passagem para proporcionar hastes de guia adicionais, para assegurar um maior controlo sobre as tolerâncias dimensionais e posicionais.
9. A cambota, tal como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, em que o material do moente de manivela (CP) (3), dos moentes de apoio principais (MB) (5) e das flanges é de aço de liga leve de médio teor de carbono, tal como o aço EN8 sob condição de temperado e endurecido.
10. A cambota, tal como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, em que o referido arranjo para restringir a drenagem de óleo a partir da cambota, quando não estiver em funcionamento compreende um arranjo de conjunto de mola e esfera no bloco do motor perto do orifício de óleo (6) sobre o moente de apoio principal (MB) (5) .
11. A cambota, tal como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, em que a referida lubrificação de óleo está configurada para ser fornecida através do bloco do motor para o orifício de óleo (6) sobre a cavidade do moente de apoio principal (MB), em seguida através do orifício de óleo (4) na flange para a cavidade do moente de manivela através do orifício de óleo (7) sobre o moente de manivela (CP) (3) para a lubrificação.