ES2200570T3 - Culata de motor de combustion interna refrigerada por liquido. - Google Patents
Culata de motor de combustion interna refrigerada por liquido.Info
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Abstract
Culata (1) para motor de combustión interna refrigerado por líquido, que comprende conductos de admisión (6) y de escape (7) que desembocan a través de las paredes (3) de las cámaras de combustión dispuestas sobre su cara inferior por orificios (4, 5) que cooperan con unas válvulas de vástago y un circuito (10) para el líquido de refrigeración, destinado especialmente a refrigerar las dichas paredes (3) de las cámaras de combustión, comprendiendo el circuito (10) de refrigeración pasos (14, 15, 16) de subida de agua que se extienden en esencia paralelamente y cerca de los alojamientos (9) previstos para los vástagos de las válvulas de escape, y una galería colectora (19) que se extiende transversalmente en la parte alta de la culata, caracterizada porque la galería colectora (19) desemboca en la cara lateral de la culata por medio de un orificio (20) de salida de agua.
Description
Culata de motor de combustión interna refrigerada
por líquido.
El presente invento se refiere a una culata para
motor de combustión interna destinado especialmente a equipar un
vehículo tal como un automóvil o una motocicleta. El invento se
refiere más particularmente a un circuito de enfriamiento que se
extiende a través de una culata del motor.
El enfriamiento por circulación de un líquido,
tal como el agua, es el modo de enfriamiento más corrientemente
utilizado para refrigerar los motores de combustión interna, en
particular, porque permite evacuar un flujo importante de calorías,
incluso en unas zonas muy encerradas como las culatas, e igualmente
porque el líquido permite, por su masa, asegurar un cierto
aislamiento acústico del motor.
Un circuito de refrigeración por líquido de motor
tiene, por tanto, como funciones principales, refrigerar las partes
calientes del motor por una circulación forzada a través de este
último, y ceder al aire ambiente las calorías así retiradas a
través de un intercambiador de calor líquido/aire también
denominado radiador.
La circulación del líquido al interior del motor
se opera de abajo arriba, primero a través de una cavidad
denominada cámara de agua que está situada entre el cárter de
cilindros alrededor de los diámetros interiores cilíndricos y
después a través de la culata en un circuito apropiado que se
extiende alrededor de las cámaras de combustión.
Hoy en día, la generalidad de las culatas que
llevan cuatro válvulas o más por cilindro para mejorar las
prestaciones de los motores, presentan unos problemas delicados de
refrigeración por el hecho de tener un menor espacio disponible
para disponer la circulación del líquido de refrigeración alrededor
de las cámaras de combustión, (véase, por ejemplo, el documento
DE-A-245299).
Por otra parte, ninguna realización conocida
asegura una refrigeración satisfactoria de las válvulas de escape
propiamente dichas así como de sus guías y de sus asientos, o estas
válvulas de escape pueden estar sometidas a tensiones térmicas
elevadas que reducen las duraciones de sus vidas.
El objetivo del presente invento es proponer una
culata para motor de combustión interna que comprenda un circuito
de refrigeración que sea, a la vez, eficiente y simple de
realizar.
La culata para motor de combustión interna
refrigerada por líquido, según el invento, comprende unos conductos
de admisión y de escape que desembocan, a través de las paredes de
las cámaras de combustión dispuestas sobre su cara inferior, en
unos orificios que cooperan con unas válvulas de vástago y un
circuito para el líquido de refrigeración destinado especialmente a
refrigerar las dichas paredes de las cámaras de combustión.
Según el invento, la culata para motor de
combustión interna refrigerada por líquido caracterizada porque el
circuito de refrigeración comprende unos pasos de subida de agua
que se extienden paralelamente a los alojamientos previstos para
los vástagos de las válvulas de escape.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
el circuito del líquido de refrigeración comprende unos orificios
de entrada de agua sobre la cara inferior de la culata, una cámara
de agua que se extiende en la periferia de las paredes de la cámara
de combustión, unos pasos de subida de agua que se extienden
básicamente paralelamente y en la proximidad de los alojamientos de
los vástagos de las válvulas de escape, y una galería colectora que
se extiende transversalmente en la parte alta de la culata para
desembocar sobre la cara lateral de admisión de la culata por un
orificio de salida de agua.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
la cámara de agua dispuesta en la periferia de las paredes de una
cámara de combustión correspondiente se extiende básicamente
paralelamente a la cara inferior de la culata.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
la cámara de agua dispuesta en la periferia de las paredes de una
cámara de combustión correspondiente es de forma sensiblemente
tórica.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
los pasos de subida de agua salen de la cámara de agua rodeando
parcialmente los orificios de escape dispuestos a través de las
paredes de la cámara de combustión correspondiente.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
cada cámara de combustión que coopera con una bujía de encendido
que se aloja en un pozo que atraviesa verticalmente la culata,
todos o parte de los pasos de subida de agua correspondientes, se
extienden en la proximidad de dicho pozo de guía, especialmente en
la parte inferior de este último, para enfriar el entorno de los
electrodos de la bujía.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
cada cámara de combustión que coopera con dos válvulas de escape,
los pasos de subida de agua correspondientes están, entonces, en
cantidad de tres, que son, un paso central que se extiende entre
los dos alojamientos previstos para el paso de los vástagos de
escape, y dos pasos laterales que se extienden de forma
sensiblemente curvada a un lado y a otro de los dichos
alojamientos.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
los pasos de subida de agua asociados a dos cámaras de combustión
adyacentes desembocan en una misma galería colectora que se
extiende transversalmente entre las dos cámaras de combustión.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
cada cámara de agua coopera con un paso de desgasificación que se
extiende al lado opuesto de los pasos de subida de agua,
desembocando el dicho paso de desgasificación sobre la cara lateral
de admisión adyacente de la culata.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
las dos cámaras de agua que se extienden en la periferia de dos
cámaras de combustión adyacentes están unidas entre ellas por al
menos un paso de desgasificación que desemboca en la parte baja de
la cara lateral de admisión de la culata por un orificio de salida
específico.
Según otra característica de la culata para motor
de combustión interna refrigerada por líquido objeto del invento,
unos orificios de entrada de agua de sección adaptada desembocan en
cada cámara de agua básicamente en la vertical de los pasos de
subida de agua.
Se comprenderán mejor los objetivos, aspectos y
ventajas del presente invento, según la descripción dada a
continuación de un modo de realización del invento, presentado a
título de ejemplo no limitativo, al hacer referencia a los diseños
adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva de un
alma de función para culata de motor de combustión interna que
define un circuito de refrigeración según el invento;
la figura 2 es una vista similar a la figura 1
donde se han esquematizado alrededor del alma de agua los conductos
de admisión y de escape así como las válvulas correspondientes;
la figura 3 es una vista inferior parcial de una
culata que ha sido obtenida utilizando el alma de la figura 1.
Conformemente a las figuras, sólo se han
representado los elementos necesarios para la comprensión del
invento. Además, para facilitar la lectura de los dibujos, las
piezas iguales llevan las mismas referencias de una figura en la
otra.
La culata, con referencia 1 en la figura 3, que
ha sido elegida para ilustrar el circuito de agua según el invento,
se refiere más particularmente a un motor de combustión interna de
cuatro tiempos y encendido provocado. El modo de funcionamiento del
motor: cuatro o dos tiempos, encendido provocado o encendido por
compresión, no es en ningún modo limitativo del invento.
Análogamente, el motor puede también ser igualmente del tipo
monocilindro como del tipo multicilindro en línea, en V, o incluso
en plano.
Entonces, según el modo particular de realización
del invento, el motor más particularmente estudiado para equipar
una motocicleta es un cuatro cilindros en V que comprende dos
culatas sensiblemente idénticas. Por tanto, se ha representado
sólo una de las dos culatas.
La culata 1 representada es del tipo de
refrigeración por líquido y de flujo cruzado (o
"cross-flow"), es decir, que los conductos de
admisión y de escape se extienden respectivamente a un lado y a
otro del plano medio longitudinal de la culata. Esta culata 1
realizada en aleación de aluminio, se obtiene clásicamente por
moldeo. El procedimiento de fundición seleccionado en el ejemplo
ilustrado, es una colada por gravedad o baja presión combinando
unas almas de arena y unos moldes exteriores metálicos. Las almas
de arena definen los diferentes pasos que atraviesan la culata 1,
tales como los conductos de admisión y de escape, o incluso el
circuito de refrigeración.
La culata 1 comprende, sobre su cara inferior 2
destinada a ir apoyada con interposición de una junta contra el
cárter de los cilindros no representado, unas paredes 3 de formas
adaptadas que delimitan dos cámaras de combustión. Estas dos cámaras
de combustión desembocan enfrente de los diámetros interiores
cilíndricos correspondientes del cárter de cilindros, son idénticos
y se extienden básicamente a lo largo del eje longitudinal de la
culata 1.
Las paredes 3 que delimitan las cámaras de
combustión están perforadas con dos orificios de admisión 4 y dos
orificios de escape 5 provistos de unos asientos adicionales. Los
orificios 4 y 5 que se extienden a un lado y a otro del plano medio
longitudinal de la culata, se prolongan por medio de unos conductos
6 y 7 (representados en trazos de puntos en la figura 2)
respectivamente de admisión de la mezcla carburada y de escape de
los gases quemados. Estos conductos 6 y 7 de admisión y de escape
se extienden a través de la culata 1 para desembocar,
respectivamente, sobre la cara superior de la culata y sobre una
cara lateral de esta última también denominada cara de
"escape".
Los orificios 4 y 5 cooperan con unas válvulas de
vástago montadas de forma deslizante con dos guías adicionales
insertadas en unos alojamientos correspondientes de la culata.
Estas válvulas están maniobradas por unos mecanismos de
accionamiento apropiados no representados. En la figura 2 solamente
se han representado los alojamientos 8 y 9 de las guías de
válvulas, de admisión y de escape, respectivamente, con trazos de
puntos.
La culata 1 presenta, por otro lado, unos pasos o
pozos 13 que se extienden básicamente en el eje de los cilindros y
desembocando básicamente en el centro de cada una de las paredes 3
que delimitan las cámaras de combustión para permitir el paso de
las bujías de encendido, no representadas.
Conformemente al invento, la culata comprende un
circuito procedente de fundición adaptado para la circulación del
líquido de refrigeración proveniente del cárter de cilindros.
En referencia a las figuras 1 y 2, se puede
comprender de modo más preciso la forma del circuito de
refrigeración a partir de la del alma de arena correspondiente.
El circuito de refrigeración es descrito en el
caso de una culata con dos cámaras de combustión, pero,
evidentemente, puede ser prolongado o reducido para ser utilizado
sobre cualquier culata, sea cual sea el número de cámaras de
combustión.
El circuito de refrigeración se presenta bajo la
forma de dos circuitos elementales 10 básicamente idénticos y
adaptados cada uno para la refrigeración de una cámara de
combustión dada.
Cada circuito elemental 10 se compone de una
cavidad anular 11, también denominada cámara de agua, que se
extiende en la periferia de las paredes 3 de la cámara de
combustión correspondiente, de unos pasos de los dichos pasos de
subida de agua 14, 15 y 16, que se extienden básicamente
paralelamente y cerca de los alojamientos de los vástagos de las
válvulas de escape y de una galería colectora 19 que se extiende
transversalmente en la parte alta de la culata, para desembocar
sobre la cara lateral denominada "admisión" de la culata por
un orificio de salida de agua 20.
Cada cámara de agua 11 está alimentada con un
líquido de refrigeración por unos orificios calibrados 12 que
desembocan en la cara inferior de la culata 1, como se ha
representado en la figura 3. Estos orificios, dispuestos enfrente
de correspondientes orificios de la tabla superior de cárteres de
cilindro, están adaptados para alimentar la cámara de agua 11 según
un flujo adaptado de líquido de refrigeración.
Cada cámara de agua 11 de forma más o menos
tórica está dispuesta en la periferia de las paredes 3 de la
cámara de combustión correspondiente, para extenderse básicamente
paralelamente a la cara inferior de la culata.
Los pasos de subida de agua 14, 15, 16 asociados
a una cámara de agua 11, parten de esta última rodeando los
asientos de las válvulas de escape posicionados colineales con los
orificios de escape 9.
Estos pasos de subida de agua están en cantidad
de tres, es decir, que son, un paso central 15 que se extiende
paralelamente y entre los dos alojamientos 9 de los vástagos de las
válvulas de escape, y dos pasos laterales 14 y 16 que se extienden
de forma básicamente curvada alrededor de los alojamientos 9 de los
vástagos de las válvulas de escape.
Los pasos de subida de agua laterales 14 y 15,
que se extienden, por otra parte, cerca del pozo 13 de la bujía,
especialmente en la parte inferior de este último, para refrigerar
los alrededores de los electrodos de la bujía.
Los dos circuitos elementales 10 asociados a dos
cámaras de combustión adyacentes desembocan conjuntamente en una
misma galería colectora 19 que se extiende transversalmente entre
las dos cámaras de combustión.
Por otro lado, los dos circuitos 10 ponen en
comunicación las cámaras de agua 11 por dos pasos, un paso 18 que
se extiende básicamente en el eje longitudinal de la culata 1, y un
paso 17 que sirve más particularmente para desgasificar los
circuitos, que se extiende opuesto a los pasos 14, 15, 16 de subida
de agua para desembocar sobre la cara lateral de admisión adyacente
de la culata por un orificio 21 distinto del orificio 20.
Para favorecer la circulación del líquido de
refrigeración en los pasos de subida de agua 14, 15, 16 y, por
tanto, obtener una refrigeración eficiente de las guías y de las
válvulas de escape, está dispuesto un orificio 12 de entrada de
agua de sección adaptada, básicamente en la vertical de cada uno de
los pasos de subida de agua.
Claims (11)
1. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido, que comprende conductos de admisión (6) y
de escape (7) que desembocan a través de las paredes (3) de las
cámaras de combustión dispuestas sobre su cara inferior por
orificios (4, 5) que cooperan con unas válvulas de vástago y un
circuito (10) para el líquido de refrigeración, destinado
especialmente a refrigerar las dichas paredes (3) de las cámaras de
combustión, comprendiendo el circuito (10) de refrigeración pasos
(14, 15, 16) de subida de agua que se extienden en esencia
paralelamente y cerca de los alojamientos (9) previstos para los
vástagos de las válvulas de escape, y una galería colectora (19)
que se extiende transversalmente en la parte alta de la culata,
caracterizada porque la galería colectora (19) desemboca en
la cara lateral de la culata por medio de un orificio (20) de
salida de agua.
2. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según la reivindicación 1,
caracterizada porque, para cada cámara de combustión, el
circuito (10) del líquido de refrigeración comprende orificios (12)
de entrada de agua que desembocan en la cara inferior (2) de la
culata, una cámara de agua (11) que se extiende en la periferia de
las paredes (3) de la cámara de combustión, pasos (14, 15, 16) de
subida de agua que se extienden en esencia paralelamente y cerca
de los alojamientos (9) de los vástagos de las válvulas de
escape.
3. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según la reivindicación 2,
caracterizada porque la cámara de agua (11) dispuesta en la
periferia de las paredes (3) de una cámara de combustión
correspondiente, se extiende en esencia paralelamente a la cara
inferior (2) de la culata (1).
4. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según la reivindicación 3,
caracterizada porque la cámara de agua (11) dispuesta en la
periferia de las paredes (3) de una cámara de combustión
correspondiente, es de forma básicamente teórica.
5. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque los pasos (14,
15, 16) de subida de agua salen de la cámara de agua (11) rodeando
parcialmente los orificios de escape (5) dispuestos a través de las
paredes (3) de la cámara de combustión correspondiente.
6. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque en cada cámara
de combustión que coopera con una bujía de encendido que se aloja
en un pozo (13) que atraviesa verticalmente la culata (1), todos o
parte de los pasos (14, 16) de subida de agua correspondientes se
extienden cerca de dicho pozo de bujía (13), especialmente en la
parte inferior de este último, para refrigerar la zona cercana a
los electrodos de la bujía.
7. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 6, caracterizada porque, cooperando
cada cámara de combustión con dos válvulas de escape, los pasos de
subida de agua correspondientes están entonces en número de tres, y
a saber, un paso central (15) que se extiende entre los dos
alojamientos (9) previstos para el paso de los vástagos de escape,
y dos pasos laterales (14, 16) que se extienden de forma
básicamente curvada a un lado y a otro de dichos alojamientos
(9).
8. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según una cualquiera de la reivindicaciones
2 a 7, caracterizada porque los pasos (14, 15, 16) de subida
de agua asociados a dos cámaras de combustión adyacentes,
desembocan en una misma galería colectora que se extiende
transversalmente entre las dos cámaras de combustión.
9. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 8, caracterizada porque cada cámara de
agua (11) coopera con un paso de desgasificación (17) que se
extiende opuesto a los pasos (14, 15, 16) de subida de agua,
desembocando dicho paso de desgasificación (17) en la cara lateral
de admisión adyacente de la culata (1).
10. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según las reivindicaciones 8 y 9,
caracterizada porque las dos cámaras de agua (11) que se
extienden en la periferia de dos cámaras de combustión adyacentes,
están unidas entre ellas por al menos un paso de desgasificación
(17) que desemboca en la parte baja de la cara lateral de admisión
de la culata (1) por un orificio de salida específico (21).
11. Culata (1) para motor de combustión interna
refrigerado por líquido según una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 10, caracterizada porque unos
orificios (12) de entrada de agua (11) básicamente en la vertical
de los pasos (14, 15, 16) de subida de agua.
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