RO109675B1 - Camasa de cilindru pentru un motor cu ardere interna - Google Patents

Description

Invenția se referă la o cămașă de cilindru pentru un motor cu ardere internă, răcit cu apă, în special pentru un motor cu aprindere prin comprimare în doi timpi. Cămașa de cilindru pentru un motor cu ardere 5 internă, are o suprafață cilindrică interioară care delimitează camera de ardere a motorului, care constituie o suprafață de ghidare pentru un piston introdus și reținut coaxial în cămașa cilindrului, piston care Ia punctul său mort lp superior este adiacent cu o zonă extremă superioară a cămășii cilindrului. Această zonă extremă superioară conține o serie de canale de răcire, alungite, repartizate de-a lungul circunferinței cămășii cilindrului și sunt în 15 legătură de comunicare cu o cameră de alimentare cu lichid de răcire și o cameră de evacuare a lichidului de răcire. Fiecare canal de răcire alungit prezintă o extremitate care se extinde în sus, fiind înfundată, precum și un 20 element de ghidare montat longitudinal în interiorul canalului și care divizează fluxul de apă din canal într-un curent orientat în sus, spre extremitatea înfundată a canalului și un curent care se îndepărtează de extremitatea 2 5 înfundată a canalului.

Este cunoscută o cămașă de cilindru pentru un motor cu ardere internă (DE2149400), la care canalele de răcire situate, la partea superioară, cu solicitarea cea mai 30 intensă a cilindrului, sunt poziționate, într-un exemplu de realizare, aproape de suprafața cilindrică interioară, deoarece extremitatea înfundată care se extinde în sus este supusă la concetrări de solicitări excesiv de mari. în 35 acest fel, canalele înfundate oferă o bună răcire a părții superioare a cămășii cilindrului motorului cu ardere internă care este solicitată mecanic cel mai intens.

Când combustibilul folosit în motor 40 este sulfuros cum, între altele, este cazul funcționării motoarelor Diesel pe combustibil greu, temperatura suprafeței cilindrice interioare a cămășii cilindrului trebuie să fie reglată într-un interval relativ îngust care este 4 5 limitat în jos, de dorința de a preveni apariția acidului sulfuric din condensare pe suprafața interioară și este limitată, în sus, având în vedere împiedicarea producerii de deteriorări, la temperaturi înalte, în materialul din care 50 este confecționată cămașa cilindrului. Experiența a arătat că, condensarea acidului, având ca rezultat o intensă uzură prin coroziune, atât a suprafeței interioare a cămășii cilindrului, cât și a pistonului aferent cilindrului este menținută în plasa de valori de la 200 până la 230°C în zona adiacentă segmentului superior a pistonului, atunci când pistonul ajunge în poziția punctului mort superior al motorului.

în cazul când cămașa cilindrului este confecționată din fontă, temperatura cea mai înaltă, recomandată de constructor, este de circa 350°C, deoarece valori mai înalte ale temperaturii pot provoca modificări în structura acestui material, conducând în timp la formarea de fisuri.

Nevoia de răcire, pentru reglarea temperaturii suprafeței interioare a cămășii cilindrului depinde de puterea calculată pe care trebuie să o dezvolte motorul, stabilită prin condiții tehnice impuse. Este cunoscut că un motor poate fi condiționat să dezvolte o putere mai mică pentru a se obține un consum de combustibil redus. Acest consum se obține prin menținerea presiunii maxime a motorului la valori relativ joase, care va determina ca limită inferioară a temperaturii admisibile de lucru a suprafeței interioare a cămășii cilindrului să nu fie modificată. Dacă la un motor cu puterea stabilită prin calcul mai mică, răcirea este menținută la același nivel ca t și cea necesară a unui motor care funcționează la întreaga putere, atunci temperatura suprafeței interioare scade atât de mult încât poate avea loc la condensarea nedorită, menționată mai înainte, a acidului sulfuric.

în descrierea aferentă brevetului de invenție US-A-2572392 este prezentată o cămașă de cilindru, pentru un motor cu ardere internă răcită cu ajutorul fluidului de răcire dispus într-o cameră de răcire care o înconjoară. Partea exterioară a cămășii cilindrului este prevăzută cu o bandă izolatoare care are rolul de a preveni producerea de acid prin condensarea pe suprafața interioară a cămășii cilindrului adiacentă benzii izolatoare.

în descrierea aferentă brevetului de invenție GB-B-2019490 se prezintă la o cămașă de cilindru pentru un motor cu ardere internă a cărei zonă extremă, superioară, cuprinde o serie de canale de răcire, continue, la care lichidul de răcire este introdus la capătul inferior al canalului și evacuat printr-un orificiu care se extinde radial la partea superioară a canalului. în intenția de a împiedica condensarea de acid sulfuric pe suprafața interioară a cămășii cilindrului motorului cu ardere internă, în canal este introdus forțat un tub izolator, dintr-un material sintetic. Orificiile care se extind radial la partea superioară a canalelor fac ca, cămășile de cilindru să nu corespundă, cu precizia necesară, pentru utilizarea lor la o putere mare a motorului.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția prezentă constă în realizarea unei cămăși de cilindru pentru un motor cu ardere internă care este concepută astfel, încât efectul de răcire poate fi variat în funcție de cerințele fiecărui caz în parte.

Cămașa de cilindru pentru un motor cu ardere internă, conform invenției, rezolvă această problema tehnică prin aceea că un element de ghidare care traversează o parte din lungimea canalului împiedică curgerea apei de răcire a motorului cu predare internă într-o secțiune a suprafeței canalului orientată spre camera de ardere, având în vedere că cel puțin unul din cele două fluxuri care circulă, de la extremitatea înfundată a canalului este forțat de către elementul de ghidare să intre în contact cu secțiunea canalului orientată, dinspre camera de ardere.

Datorită faptului că elementul de ghidare împiedică fluxul de apa din canal să curgă transversal, în acest fel răcind o secțiune a suprafeței canalului orientat spre camera de ardere, căldura care trece în suprafața interioară a cămășii de cilindru trebuie să străbată o distanță mai lungă prin cămașă pentru a fi transferată agentului de răcire. Distanța mai lungă are ca efect un gradient de temperatură scăzut și prin aceasta o temperatură mai ridicată pe suprafața interioară a cămășii de cilindru pentru aceleași valori ale temperaturii agentului de răcire și randamentului motorului. Invers, unul și același cilindru poate fi aplicat la diferite caracteristici de putere a motorului, făcând uz de elemente de ghidare care barează o secțiune a canalelor de răcire, adecvate pentru puterea efectivă a motorului. Lăsând Ia o parte faptul că acesta oferă un avantaj net în fabricația de cămăși de cilindru, pentru o mărime specifică de motor, trebuie să se fabrice numai un tip de cămașă de cilindru și nu o multitudine de tipuri în funcție de datele de proiectare ale motorului; un avantaj considerabil se obține prin aceea că un motor existent poate fi proiectat luând în considerație alte date, fără însă a fi necesar să se schimbe cămășile de cilindru, ci pur și simplu schimbând numai elementele de ghidare.

într-o variantă constructivă extrem de simplă, elementul de ghidare prezintă cel puțin două nervuri sau pinteni care se extind radial și în direcție longitudinală a canalului, capetele lor libere sprijinindu-sepe suprafața canalului, spațiul format de aceste nervuri sau pinteni și suprafața canalului fiind orientat spre camera de ardere fiind prevăzut și un opritor pentru întreruperea fluxului de apă. Deoarece muchiile libere ale nervurilor sau pintenilor se sprijină pe suprafața canalului, ele asigură poziționarea elementului de ghidare în canal și, în același timp, elementul de ghidare este sprijinit pe o mare parte din lungimea lui, fapt deosebit de important în cazul motoarelor mari la care canalele de răcire și prin aceasta elementele de ghidare, pot avea un raport lungime/diametru care poate să ajungă în mod obișnuit până la valoarea de 25. Efectul de răcire poate fi reglat după dorință, prin faptul că nervurile sau pintenii cuprind între ele un unghi mai mare sau mai mic, ferind prin aceasta de agentul de răcire o secțiune mai mare sau mai mică din suprafața canalului.

într-o altă variantă constructivă la care elementul de ghidare prezintă trei nervuri formând pe de o parte spațiul orientat spre camera de ardere unde se află și un opritor, iar pe de altă parte formând două spații cu fluxuri paralele orientate dinspre camera de ardere, agentul de răcire poate circula în sus prin celălalt spațiu.

într-o variantă constructivă preferată, se obține un efect de răcire uniformă și eficientă prin aceea că elementul de ghidare este un tub cu diametrul mai mic decât canalul, iar cel puțin două nervuri sau pinteni se extind radial pornind de la suprafața exterioară a tubului. între partea exterioară a tubului și suprafața canalului se prevede un spațiu inelar și atunci când agentul de răcire curge prin secțiunea spațiului menționat, curgerea are loc sub forma unei pelicule mărind prin aceasta coeficientul transferului de căldură cu 200 până la 400%, în raport cu curgerea unui agent de răcire prin canale de răcire obișnuite, datorită faptului că, între altele, curgerea peliculară împiedică fierberea locală pe suprafața canalului de răcire, fapt 5 care ar atrage după sine o reducere puternică în transferul local de căldură.

Curgerea agentului de răcire în canal, din secția cu suprafața canalului orientată spre camera de ardere poate fi barată, prevăzând 10 tubul din această secție cu un înveliș material care se extinde, substanțial, de la partea exterioară a tubului la suprafața canalului.

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje: 15

- asigură un coeficient al transferului de căldură cu aproximativ 200...400% mai mare;

- asigură o răcire uniformă a cilindrilor; 20

- permite tipizarea motoarelor cu ardere internă.

Se dau, în continuare, trei exemple de realizare a cămășii de cilindru pentru un motor cu ardere internă, conform invenției, în 25 legătură și cu fig. 1...7, care reprezintă:

- fig.l, secțiune transversală printr-un cilindru de motor prevăzut cu o cămașă de cilindru, conform invenției;

- fig.2, reprezentare a zonei extreme 30 superioare a cămășii cilindrului din fig.l;

- fig.3, secțiune transversală printr-o variantă cunoscută, cu două canale de răcire;

- fig.4, secțiune transversală prin două canale de răcire, conform invenției; 35

- fig.5, secțiune printr-o a doua variantă constructivă a cămășii cilindrului, conform invenției;

- fig.6, secțiune transversală printr-un canal de răcire din cămașa cilindrului din 40 fig.5;

- fig.7, vedere în perspectivă a unei a treia variante, reprezentând elementul de ghidare.

Zona extremă superioară a unei cămăși 45 de cilindru 1, pentru un motor cu aprindere prin comprimare cu turație joasă, este prezentată în fig. 1, în care un piston 2 se află în poziția punctului său mort superior. Cămașa cilindrului 1 este etanșată de o chiulasă 3 în 50 partea dinspre blocul cilindrilor 4. O cămașă de apă, inelară 5, înconjoară zona extremă superioară a cămășii cilindrului formând împreună cu partea exterioară radială a acesteia o cameră inelară inferioară de lichid de răcire 6 și o cameră inelară superioară de evacuare a lichidului de răcire 7 realizată sub forma unui canal circumferențial în partea exterioară a cămășii cilindrului. O serie de canale de răcire 8 practicate în cămașa cilindrului asigură legătura de curgere între cele două camere menționate.

Săgețile A din fig.3, ilustrează modul în care se transmite căldura canalului de răcire la soluția constructivă cunoscută, în timpul funcționării motorului, de la suprafața interioară a cămășii cilindrului la spațiul inelar care înconjoară tubul. Căldura se pare că va parcurge o distanță, comparativ, mai scurtă, oferind prin aceasta un gradient de temperatură ridicat și o răcire puternică. Dacă se dorește un efect de răcire mai redus al canalelor de răcire cu una și aceeași cămașă de cilindru, canalele de răcire pot fi prevăzute cu niște elemente de ghidare, conform invenției.

în fig. 4 se prezintă o secțiune transversală printr-un canal de răcire cu un asemenea element de ghidare în formă de tub 9.

Tubul prezintă două proeminențe sau nervuri orientate radial 10 care se extind în direcția longitudinală a tubului, având o asemenea înălțime încât muchia lor liberă, care poate avea o racordare lină în scopul de a diminua concentrările de eforturi în cămașa cilindrului, se sprijină exact pe suprafața canalului și împarte spațiul inelar, care înconjoară tubul, în două secțiuni din care o secțiune 11 orientată cu fața la suprafața interioară a cămășii de cilindru marcată cu negru, este prevăzută cu cel puțin un opritor, realizat sub forma unui guler poziționat orizontal care se extinde în jurul tubului de la prima nervură până la a doua nervură 10, barând prin aceasta secțiunea 11 pentru a preveni curgerea apei. Agentul de răcire circulă în jos spre camera 7 printr-o a doua secțiune 12 a spațiului inelar și prin aceasta produce răcirea cămășii cilindrului. Având în vedere faptul că transportul substanțial pentru evacuarea căldurii are loc numai în secțiunea 12, căldura trebuie să parcurgă o distanță mai lungă, cum se arată prin săgețile B, care după cum s-a arătat anterior, are ca efect o răcire mai redusă. în loc să se prevadă tubul cu nervuri 10, acesta poate fi prevăzut, ca variantă, în secțiunea 11, cu un înveliș material 12 care se extinde de la partea exterioară a tubului până la suprafața canalului, făcând prin aceasta ca trecerea prin secțiunea 11 să fie blocată. Această variantă a elementului de ghidare este prezentată mai detaliat în fig.7. învelișul material poate fi confecționat din politetrafluoro-etilenă adică cu autolubrifiere când tubul este împins în canal. învelișul material poate fi făcut aderent 1a tub și/sau cu un știft de blocare introdus în găurile ascoiate din carcasă și tub. Carcasa acoperă numai o parte din lungimea tubului, iar extremitatea orientată în sus a tubului poate fi lipită de carcasă pe o distanță egală cu unul până la două diametre ale țevii. Mai mult decât atât, nu constituie o condiție obligatorie obținerea unei răciri reduse a cămășii cilindrului, avută în vedere prin invenție, întrucât carcasa se îmbină perfect cu partea interioară a găurii.

în fig.5 și 6 se prezintă o altă variantă constructivă, conform invenției, la care camera de evacuare a agentului de răcire 7, este poziționată deasupra unei flanșe în relief 14 de pe peretele exterior al cămășii cilindrului și în care o gaură transversală 15 face legătura între canalul de răcire 16 și camera 17. Un element de ghidare 18 este alcătuit din trei proeminențe sau pinteni, orientată radial 19 care se extind în direcția longitudinală a canalului și împarte acest canal în trei secțiuni din care secțiunea 20 este orientată spre suprafața interioară a cămășii cilindrului, cel puțin la partea de sus a elementului de ghidare, iar la partea de jos, poate fi blocat cu ajutorul unui opritor sub forma unei plăci, poziționată orizontal, 21. Cea de-a doua secțiune 22 este deschisă, atât la partea superioară, cât și la partea inferioară astfel, încât agentul (lichidul) de răcire poate curge în sus, dintr-o cameră 23 spre extremitatea înfundată a canalului prin secțiunea menționată, pe când cea de-a treia secțiune este închisă la partea inferioară cu ajutorul unei plăci poziționate orizontal 24, secțiunea menționată constituind prin aceasta un loc de retur al curgerii care comunică cu camera 17, printr-o gaură transversală 15.

Elementele de ghidare 25 și 18 pot avea o gaură de derivație 26 care face legătura între camera 6 și camera 7. La variantele constructive prezentate în fig.l și 2, gaura de derivație din tubul 25 se află la același nivel cu camera 7 pe când la varianta constructivă din fig.5 aceasta este adiacentă cu gaura transversală 15. Gaura de derivație va face ca o parte din lichidul de răcire, de exemplu două treimi din apă, să treacă direct în camera 7 astfel, încât folosirea elementului de ghidare, conform invenției, nu modifică cantitatea de agent de răcire care curge prin blocul cilindrilor.

Desigur că variantele constructive descrise pot fi modificate în diferite moduri, fără însă a depăși limitele revendicărilor formulate. De exemplu, pintenii sau nervurile pot avea o configurație de arc de cerc, iar canalul, precum și tubul, pot avea o secțiune diferită de cea circulară, de exemplu o secțiune circulară ovală. Plăcile 21 și 24 pot fi prevăzute cu un guler cu o configurație de arc de cerc, sprijinindu-se pe suprafața canalului astfel, încât ele se reazemă transversal pe canal, pe o suprafață transversală atât de mare încât nu apar concentrații considerabile de eforturi în cămașa cilindrului. Opritorul poate de asemenea fi constituit dintr-un material termorezistent, insolubil în apă și relativ moale, cum ar fi un material plastic spongios care, în secțiunile 11 sau 21, se fixează pe elementul de ghidare.

Claims (6)

1. Revendicări

   1. Cămașă de cilindru pentru un motor cu ardere internă, răcit cu apă, în special pentru un motor cu aprindere prin comprimare în doi timpi, având o suprafață cilindrică interioară care delimitează camera de ardere a motorului, constituind o suprafață de ghidare pentru un piston introdus și reținut coaxial în cămașa cilindrului, piston care la punctul mort superior este adiacent cu o zonă extrema superioară a cămășii cilindrului, această zona extremă superioară conținând o serie de canale de răcire alungite, distribuite de-a lungul circumferinței și aflate în legătură de comunicare cu o cameră de alimentare cu lichid de răcire și o camera de evacuare a lichidului de răcire, fiecare canal de răcire alungit având o extremitate înfundată cum se extinde în sus și un element de ghidare montat longitudinal, în interiorul canalului care divizează fluxul de apă din canal într-un flux care circulă în sus spre extremitatea înfundată a canalului și un flux care circulă îndepărtându-se în extremitatea înfundată a canalului, caracterizată prin aceea că, elementul de ghidare (25 și 18) intersectând o parte din lungimea canalului împiedică în mod substanțial fluxul de apă Ia o secțiune (11 și 20) a suprafeței canalului orientată spre camera de ardere, pe când cel puțin unul din cele două fluxuri care circulă spre și dinspre, respectiv din extremitatea înfundată a canalului (8 și 16) este forțat de către elementul de ghidare (21 și 18) să vină în contact cu o secțiune (12, 22 și 27) a suprafeței canalului, orientată dinspre camera de ardere.
2. 2. Cămașă de cilindru, conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că, elementul de ghidare (25 și 18) este prevăzut cu cel puțin două nervuri sau pinteni (10 și 19) care se extind în direcția longitudinală a canalului, muchiile lor libere sprijinindu-se pe suprafața canalului, iar spațiul determinat de aceste proeminențe și suprafața canalului, este orientată spre camera de ardere și prezintă un opritor (13 și 21) pentru întreruperea fluxului de apă.
3. 3. Cămașă de cilindru, conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că, elementul de ghidare (18) prezintă trei pinteni sau nervuri (19) care formează pe de o parte, spațiul orientat spre camera de ardere care include opritorul (21) iar, pe de altă parte, două căi de curgere paralele (22 și 27) orientate dinspre camera de ardere.
4. 4. Cămașă de cilindru, conform revendicării 2, caracterizată prin aceea că, elementul de ghidare este un tub (25), având diametrul mai mic decât diametrul canalului (8), iar cele două proeminente sau nervuri radiale (10) cel puțin două, se extind dinspre partea exterioară a tubului.
5. 5. Cămașă de cilindru, conform revendicărilor 1...4, caracterizată prin aceea că, elementul de ghidaj este un tub (25), având diametrul mai mic decât canalul și care în zona părții exterioare a tubului, orientat spre camera de ardere, este prevăzut cu un strat de material (13), care, în principal, se extinde dinspre partea exterioară a tubului către suprafața canalului.
6. 6. Cămașă de cilindru, conform revendicărilor 1...5, caracterizată prin aceea că, elementul de ghidare prezintă o gaură de derivație (24) poziționată aproape de camera de alimentare cu agent de răcire (6) și care realizează o legătură de curgere la camera de evacuare a apei.