PT97421B - Processo de fabricacao de cabeca de embolo articulado e refrigerado e cabeca de embolo articulado e refrigerado - Google Patents

Processo de fabricacao de cabeca de embolo articulado e refrigerado e cabeca de embolo articulado e refrigerado Download PDF

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Description

presente invento diz respeito a um processo de fabricação de êmbolo refrigerado, destinado a motores de combustão interna. Especificamente, o invento diz respeito a um método de fabricação da parte superior, ou cabeça, de êmbolo articulado dotada de meios aperfeiçoados de arre fecimento.
Nos êmbolos do tipo articulado, os seus componentes principais, a cabeça e a saia, constituem elementos independentes. A cabeça, que incorpora o topo e os cubos para uma cavilha, ê feita geralmente de aço forjado ou fundido, sendo a saia feita de material mais leve, geralmente alumínio ou liga de alumínio. Esse tipo de êmbolo vem sendo adop tado para motores diesel, especialmente os de última geração, nos quais a pressão de combustão e as temperaturas no motor, são bastante elevadas. Devido a esses factores extremamente adversos à cabeça do êmbolo, tem sido prática comum dotar o topo do êmbolo com uma galeria de refrigeração, na qual circula óleo para subtrair parte do calor de pelo menos duas zonas mais susceptiveis â influência de temperaturas elevadas: a zona dos aros ou segmentos e a borda da câmara de combustão.
Uma construção clássica de galeria de refrigeração em êmbolos articulados ê a que prevê a formação de uma cavidade circunferencial no topo do êmbolo, entre a câmara de combustão e a zona dos aros, e a existência de uma calha, ou bandeja, também circunferencial na parte superior da saia, de modo que, quando o êmbolo se acha montado, a cavidade existente no topo e a calha existente na saia formam uma galeria semi-aberta para circulação do óleo de arrefecimento. Embora adequado para a maioria das aplicações, essa galeria semi-aberta apresenta alguns inconvenientes quando ê necessária uma maior eficiência do sistema de arrefecimento. Um desses inconvenientes é a refrigeração deficiente da parte inferior da câmara de combustão, que não é atingida pela acção da galeria de refrigeração. Um outro inconveniente ê o que
decorre da própria construção da galeria do tipo semi-aberto: uma parte do óleo transborda da calha situada na parte superior da saia, reduzindo assim o volume de óleo na galeria e, por consequência, a eficiência da refrigeração da zona dos aros e da parede da câmara de combustão.
Para solucionar esse problema, o presente invento tem como objectivo proporcionar um processo de fabricação de cabeça de êmbolo articulado capaz de proporcionar um meio de arrefecimento eficaz tanto da zona dos aros ou segmentos e da parede da câmara de combustão como da parte inferior da câmara.
De acordo com o processo de fabricação de cabeça de êmbolo articulado caracteristico do presente invento, as duas partes que compõem a cabeça, ou seja, o topo e os cubos, são obtidos em separado, sendo uma bandeja para óleo de arrefecimento instalada na parte inferior do topo e, a seguir, o topo incorporando a bandeja ê unido aos cubos.
A cabeça de êmbolo articulado caracteristica do presente invento ê dotada de uma galeria de refrigeração fechada, incorporada à cabeça de acordo com o processo caracteristico do invento. 0 invento será descrito a seguir de uma maneira pormenorizada com referência aos deserhos anexos, nos quais:
A Figura 1 é uma vista em corte longitudinal de um corpo metálico a partir do qual será feita a parte superior da cabeça do caracteristico êmbolo do presente invento;
A Figura 2 é uma vista em corte longitudinal de um corpo metálico a partir do qual será feita a parte inferior da cabeça do êmbolo caracteristico do presente invento;
A Figura 3 é uma vista em corte longitudinal da parte superior da cabeça do êmbolo caracteristico do invento, feita a partir do corpo metálico da figura 1;
A Figura 4 ê uma vista em planta da bandeja que constitui a parte inferior da galeria de refrigeração do êmbolo caracteristico do invento;
A Figura 4a ê uma vista em corte da bandeja mostrada na figura 4;
A Figura 5 ê uma vista em corte longitudinal da parte superior da cabeça do êmbolo com a bandeja das figuras 4 e 4a instalada na base da parte superior da cabeça, de acordo com o invento;
A Figura 6 é uma vista em corte longitudinal da parte inferior, ou cubos, da cabeça do êmbolo carac teristico do invento feita a partir do corpo metálico da figura 2;
A Figura 7 ê uma vista em corte longitudinal da cabeça do êmbolo de acordo com o invento mostrando a parte superior e a parte inferior unidas; e
A Figura 8 ê uma vista em corte longitudinal da cabeça do êmbolo caracteristico do invento, mostrando a parte superior e a parte inferior já usinadas nas dimensões finais.
De acordo com um modelo de realização preferencial do invento, ê formado um corpo metálico 1, de preferencia em aço, obtido por forjamento, fundição continua ou, ainda, sinterização. 0 corpo metálico 1 ê preferencialmente cilíndrico e com diâmetro o mais próximo possível do diâmetro final da peça acabada, com o que será possível reduzir operações de usinagem, o que contribui para diminuir o custo final (figura 1). 0 corpo metálico 1 ê submetido a uma primeira série de operações de usinagem, para formação da câmara de combustão superior 3, uma cavidade circunferencia 1 inferior 4 e uma cavidade abaixo da câmara de combustão 3, de modo a definir uma pluralidade de nervuras semi-perifêricas, de formato oblongo e espaçadas angularmente entre si (figura 3). A seguir, uma chapa metálica 6, substancialmente circular e de preferencia de aço, ê dotada de um furo central 6 e de uma pluralidade de aberturas oblongas 6c, espaçadas umas das outras por regiões 6d, definindo uma superfície periférica externa 6a e uma superfície periférica interna 6b, conforme se acha mostrado nas figuras 4 e 4a. Na operação seguinte, a chapa metálica 6 ê instalada na parte inferior do corpo 1, mediante o encaixe das nervuras oblongas 5 da parte superior 1 da cabeça do êmbolo nas aberturas oblongas 6c da chapa 6. Por sua vez, a superfície periférica externa 6a fica posicionada de modo a fechar a cavidade circunferencial 4, definindo juntamente com a mesma uma galeria fechada 10 (figura 5).
A seguir ê formado um corpo metálico 2, substancialmente cilíndrico, que pode ser do mesmo material de que é feito o corpo metálico 1 e obtido pelo mesmo processo, de preferencia apresentando uma secção aproximadamente igual ao formato dos cubos do êmbolo. 0 corpo 7 ê submetido a usinagem, ocasião em que ruma de suas extremidades ê formada uma cavidade circunferencial, em torno do qual ê promovida, também por usinagem, a redução do diâmetro do corpo metálico 2, defeinindo, assim, uma nervura circunferencial 2a. A seguir,o corpo metálico 2 ê unido ao corpo metálico 1 mediante a justaposição da face superior da nervura circunferencial 2a do co_r po metálico 2 com a extremidade inferior das nervuras 5, sendo a ligação efectuada por meio de soldadura, de preferencia soldadura por atrito. Esse método ê preferido pelo facto de rea lizar a união sem que ocorra fusão dos materiais, evitando-se, assim, a possibilidade de surgirem porosidades que poderiam comprometer a resistência da ligação. Uma vez concluída a operação de soldadura, a chapa 6 fica firmemente instalada na cabeça do êmbolo e a superfície periférica externa 6a fecha por inteiro a parte inferior da cavidade 4, definindo uma câmara ou galeria 10 para o óleo de arrefecimento do topo do êmbolo (figura 7).
Finalmente, o conjunto formado pelo topo 1 e pelos tubos 2, incorporando a chapa 6, é submetido às operações finais de usinagem, quando são formados os cubos 9, os furos para a cavilha 8 e as ranhuras 7 para os aros ou segmentos .
fornecimento do óleo de arrefecimento à galeria ê feito por meio de um bico injector (não mo£ trado), o óleo ê injectado através do furo central 6e da chapa 6 e atinge o fundo da câmara de combustão 3, removendo parte do calor gerado naquela região. A seguir, uma parte do óleo assim injectado retorna ao cárter de óleo do motor através do mesmo furo central 6e e a outra parte do óleo flui em direcção â galeria 10 através das regiões 6d da chapa 6. Com os movimentos alternados do êmbolo, o óleo confinado na galeria 10 ê submetido à acção de agitação do tipo daquela que é feita num misturador, removendo parte do calor presente na região das ranhuras 7 para os aros e na parede da câmara de combustão 3. 0 fornecimento de óleo ê feito em ciclo contínuo, as sim, pelo menos parte do óleo na galeria ê renovada continuamente, com o que ê assegurado um arrefecimento eficiente e são mantidas as condições óptimas de temperatura nas diversas regiões do êmbolo.

Claims (6)

  1. REIVINDICAÇOES lâ. - Processo de fabricação de cabeça de êmbolo articulado e refrigerado, caracterizado por compreender as seguintes etapas: (a) formar um primeiro corpo metálico com formato substancialmente cilíndrico; (b) dotar o corpo metálico com uma câmara de combustão superior, com uma cavidade circunferencial inferior e com uma cavidade situada abaixo da câmara de combustão, de modo a definir uma pluralidade de nervuras periféricas de formato oblongo e espaçadas angularmente entre si; (c) formar uma chapa metálica, com formato substancialmente circular; (d) dotar a chapa metálica com um furo central; uma pluralidade de aberturas oblongas em sentido circunferencial que se acham espaçadas angularmente umas das outras e separadas por zonas, definindo uma superfície periférica externa e uma superfície periférica interna; (e) instalar a chapa metálica na parte inferior do corpo metálico, mediante o encaixe das nervuras oblongas do corpo metálico nas aberturas oblongas da chapa metálica e de modo a fechar a cavj[ dade circunferencial; (f) formar um segundo corpo metálico substancialmente cilíndrico; (g) formar uma cavidade circunferencial numa das extremidades do corpo metálico e reduzir o diâmetro do segundo corpo metálico em torna da referida cavidade circunferencial, definindo uma nervura circunferencial; (h) unir o primeiro corpo metálico incorporando a chapa metálica ao segundo corpo metálico, mediante a justaposição entre a face superior da nervura circunferencial do segundo corpo metálico e a extremidade inferior das nervuras do primeiro corpo metálico; (i) submeter o conjunto constituido pelos corpos metálicos a operações de usinagem para formação de cubos (9), de furos para uma cavilha e de ranhuras para os aros ou segmentos.
  2. 2â. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os corpos metálicos serem de aço e obtidos por forjamento, fundição ou sinterização.
  3. 3â. - Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a união do primeiro corpo metálico ao segundo corpo metálico ser efectuada por meio de soldadura.
    43. _ Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a união do primeiro corpo metálico ao segundo corpo metálico ser efectuada por meio de soldadura por atrito.
  4. 55. - Cabeça de êmbolo articulado e refrigerado, para uso em motores de combustão interna, caracterizada por compreender: uma parte superior com uma face inferior dotada duma cavidade circunferencial numa cavidade central e de partes de nervura circular definidas entre as citadas cavidades e com a face lateral dotada de ranhuras para aros ou segmentos; uma chapa metálica circular dotada de aberturas alongadas em disposição circunferencial igual ao das partes de nervura indo a referida chapa circular assentar coii tra a face inferior da parte superior de modo a que as partes de nervura vão encaixar através das aberturas e indo uma parte da superfície periférica definir juntamente com a cavidade circunferencial da parte superior, uma galeria de refrigeração fechada; e indo uma parte inferior apresentar uma nervura superior periférica soldada de topo contra as partes de nervura circular da parte superior sendo a referida parte inferior dotada de cubos e de furos para a cavilha.
  5. 63. - Cabeça de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a chspa circular metálica se encontrar dotada de um furo central.
    -10;i li ;\ ϊ; ·. r.
  6. 7a. - Cabeça de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a chapa metálica circular ser dotada de uma pluralidade de zonas de comunicação entre a sua superfície periférica interna e a superfície periférica externa.
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