ITTO20010133A1 - Bilanciere per treni valvola di motori a combustione interna. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: 'Bilanciere per treni valvola di motori a combustione interna"

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un bilanciere per treni valvola di motori a combustione interna, come specificato nel preambolo della rivendicazione 1.

Per una migliore comprensione dello stato della tecnica sull'argomento in questione e dei problemi ad esso inerenti, si descriverà innanzitutto un bilanciere di realizzazione nota, facendo riferimento alle figure 6, 7A e 7B dei disegni allegati.

La figura 6 è una vista in sezione longitudinale parziale di un treno valvola, complessivamente indicato con 1, atto a comandare il movimento rettilineo alternato di una valvola (non raffigurata) secondo una predeterminata legge di apertura. Il treno valvola comprende un bilanciere 2, una punteria idraulica 3 ed un organo di comando a camma 4. La disposizione reciproca di tali componenti può variare in funzione del tipo di motore e del tipo di distribuzione scelti. In particolare la presente invenzione riguarda bilancieri del tipo comprendente porzioni di estremità 5 e 6 atte ad impegnarsi con la punteria e rispettivamente con la valvola ed una porzione intermedia 7 destinata ad accogliere un rullo 8 cooperante con l'organo di comando a camma 4. Un esempio di realizzazione di un bilanciere di questo tipo è illustrato in dettaglio nelle figure 7A e 7B, che ne riportano le viste in sezione rispettivamente longitudinale e trasversale.

Il funzionamento di un treno valvola del tipo suddetto è ben noto ad un tecnico del settore: il moto rotatorio di un albero a camme (non raffigurato) viene trasformato nel moto rettilineo alternato della valvola grazie all'interazione fra l'organo a camma 4, presentante un cerchio di base 9 ed un profilo ad eccentrico 10, ed il rullo 8 del bilanciere, detta interazione agendo nel senso di determinare l'oscillazione del bilanciere nel proprio piano di simmetria longitudinale (coincidente con il piano del foglio della figura 6), intorno ad un punto di fulcro localizzato in corrispondenza della zona di contatto fra bilanciere e punteria.

Attualmente tale tipologia di bilancieri è vantaggiosamente prodotta mediante le operazioni di:

- tranciatura di un elemento sagomato 30 (figura 8), a partire da una lamiera di acciaio a basso contenuto di carbonio, detto elemento presentando forma simmetrica rispetto ad un asse longitudinale 35 ed essendo provvisto di un'apertura 36, in posizione sostanzialmente intermedia, e di due fori 21 e 22, posti lateralmente rispetto a detta apertura;

- stampaggio mediante pressa del suddetto elemento sagomato al fine di eseguire la piegatura verso l'alto o verso il basso di porzioni laterali 31 e 32, secondo linee di piegatura 33 e rispetti-vamente 34, in modo tale da conferire al pezzo una sezione trasversale a forma sostanzialmente di U (figura 7B), presentante una porzione a piastra orizzontale 11 che collega due pareti laterali verticali 12 e 13;

- formatura di detta porzione a piastra orizzontale 11, a livello dell'estremità 5 del bilancie-re, al fine di realizzare un recesso 14 presentante una superficie concava di rivoluzione 15, avente sezione di forma essenzialmente ogivale, atta ad impegnarsi con una superficie convessa 16 essenzialmente emisferica all'apice della punteria idraulica 3;

- formatura della suddetta porzione a piastra orizzontale 11, a livello dell'estremità 6 del bilanciere, al fine di realizzare un elemento a pattino 17 presentante una superficie 18 avente concavità rivolta verso il basso e sezione di forma arcuata (nel piano di oscillazione del bilanciere), atta ad interagire con l'apice 19 di uno stelo 20 della valvola; e

- inserimento e bloccaggio di un perno cilindrico 23 nelle due sedi definite dai suddetti fori 21 e 22, su detto perno essendo montato girevole, a mezzo di elementi di rotolamento 24, il rullo 8, in modo tale da sporgere parzialmente dall'apertura 36 per impegnarsi con l'organo a camma 4.

La conformazione e le dimensioni del bilanciere sono dettate da esigenze di progetto imposte dal fabbricante del motore e devono quindi permettere di soddisfare precisi vincoli geometrici legati a predeterminate posizioni, nella testata del motore, degli altri elementi del treno valvola con cui deve collaborare il bilanciere stesso. Detti vincoli geometrici stabiliscono la disposizione nel piano di simmetria longitudinale del bilanciere (coincidente con il suo piano di oscillazione) di tre punti notevoli A, B e C, indicati nella figura 6:

A) centro della circonferenza teorica di contatto fra le superfici d<f >impegno 15 e 16 del bilanciere 3 e rispettivamente della punteria 4;

B) centro del perno 23 del rullo 8; e

C) punto teorico di contatto fra le superfici di contatto 18 del bilanciere e 19 dello stelo della valvola.

Qualora le esigenze di progetto della testata del motore determinino il posizionamento del suddetto punto B ad una distanza sufficientemente eievata rispetto alla linea retta passante per gli altri due punti A e C alle opposte zone di estremità 5 e rispettivamente 6 del bilanciere, questo può essere fabbricato mediante semplici operazioni di tranciatura e piegatura con costi di produzione bassi .

Per chiarire tale concetto si osservi, con riferimento alla figura 8, come l'apertura centrale 36 del semilavorato 30 presenti forma allungata in senso longitudinale, con un tratto intermedio 37 avente dimensione trasversale, o larghezza, inferiore rispetto a due tratti longitudinalmente estremi 38 e 39, e come i due fori 21 e 22 siano posizionati in corrispondenza del suddetto tratto intermedio 37. La larghezza del tratto intermedio 37 dell'apertura 36 non può essere minore di un certo valore minimo imposto dai vincoli tecnologici legati alla fattibilità dell'operazione di tranciatura. Per conseguenza la larghezza di ali interne 41 e 42 comprese fra il tratto intermedio 37 ed i fori 21 e rispettivamente 22 presenta un valore limite superiore, una volta fissate le dimensioni dei suddetti fori e la loro distanza rispetto all'asse 35.

Ora nel caso in cui il centro B del perno 23 si trovi al di sotto della linea retta congiungente i punti estremi A e C, l'operazione di piegatura ad U delle porzioni laterali 31 e 32 del semilavorato 30 viene eseguita verso il basso, secondo le linee di piegatura 33 e 34, che viste nel piano di simmetria longitudinale del bilanciere risultano sostanzialmente parallele alla linea retta per i punti A e C. Osservando in figura 8 la geometria dell'elemento sagomato 30, si comprende bene che se la distanza del punto B dalla linea retta per i punti A e C è abbastanza elevata, allora la larghezza massima delle ali 41 e 42 è sufficiente a realizzare la funzione di contenimento laterale degli elementi di rotolamento 24 (generalmente rullini) del rullo 8.

Quando invece il centro del perno 23 (punto B) deve trovarsi al di sopra della linea retta congiungente i punti estremi A e C, la suddetta operazione di piegatura ad U viene eseguita verso l'alto, sempre secondo le linee 33 e 34. Le due ali interne 41 e 42 vengono così a posizionarsi, al termine della piegatura, sotto le sedi 21 e 22 del perno e quindi non devono più svolgere la funzione di contenimento laterale degli elementi di rotolamento del rullo, ma devono garantire la necessaria rigidezza a flessione del corpo del bilanciere. Se quindi la distanza del punto B rispetto alla linea retta A-C, cioè la distanza dei centri dei fori 21 e 22 rispetto alle linee di piegatura 33 e rispettivamente 34, è troppo piccola, la larghezza massima delle ali 41 e 42 può non essere sufficiente a conferire al bilanciere la rigidezza richiesta. Il problema di come realizzare un bilanciere per stampaggio si manifesta perciò soprattutto quando i vincoli di progetto impongono un posizioriamente) sostanzialmente allineato dei tre suddetti punti A, B e C, cioè sostanzialmente dell'apice della punteria, del centro del rullo e dell'apice dello stelo della valvola.

Soluzioni note prevedono in tal caso la piegatura, ad esempio verso il basso, delle porzioni la-terali 31 e 32 di un elemento sagomato 30 analogo a quello di figura 8, secondo linee di piegatura che viste nel piano di simmetria longitudinale del bilanciere non risultano più sostanzialmente coincidenti con la linea retta per i punti estremi A e C, ma sono inclinate verso l'alto di un angolo tale da garantire una larghezza delle ali 41 e 42 suffid ente ad assolvere la funzione di contenimento de-gli elementi di rotolamento del rullo. E' allora necessario eseguire un'ulteriore lavorazione per deformazione plastica al fine di spostare la por-zione di estremità 5 della porzione a piastra orizzontale 11 del bilanciere, che al termine di questa prima operazione si trova ancora allineata con la linea di piegatura, verso il basso sino a livello del punto C. Tale processo è costoso in quanto richiede l'utilizzo di presse capaci di sviluppare forze molto elevate.

Scopo della presente invenzione è fornire un bilanciere che anche nel caso di posizionamento sostanzialmente allineato dei suddetti tre punti A, B e C possa essere realizzato con semplice piegatura ad U per stampaggio senza bisogno di ulteriori lavorazioni per deformazione plastica che producano uno spostamento relativo fra le porzioni di estremità 5, 6 e la porzione intermedia 7 del bilanciere.

Questi ed altri scopi e vantaggi, che risulteranno più chiari a fronte della descrizione che segue, sono raggiunti attraverso un bilanciere secondo l'invenzione, che si caratterizza per quanto definito nelle annesse rivendicazioni ed in particolare per il fatto che la suddetta superficie concava a sezione ogivale, atta ad impegnarsi con la rispettiva superficie della punteria idraulica, è ricavata in un inserto fissato al bilanciere.

Di seguito l'invenzione sarà descritta in modo più dettagliato, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, in cui :

- la figura 1 è una vista in sezione longitudinale parziale di un treno valvola provvisto di un bilanciere secondo l'invenzione;

- le figure 2A, 2B e 2C sono rispettivamente la vista in sezione longitudinale, la vista in sezione laterale e la vista in pianta dall'alto del bilanciere di figura 1;

- la figura 3 è una vista prospettica dal basso del bilanciere di figura 1;

- la figura 4 è una vista prospettica dal basso del corpo del bilanciere di figura 1, privo di rullo e d'inserto;

- la figura 5 è una vista prospettica sezionata di un inserto atto ad essere vincolato al bilanciere di figura 1;

- la figura 6 è una vista in sezione longitudinale parziale di un treno valvola provvisto di un bilanciere di tipo tradizionale;

- le figure 7A e 7B sono viste in sezione rispettivamente longitudinale e trasversale del bilanciere della figura 6; e

- la figura 8 è una vista in pianta di un semilavorato per la realizzazione del corpo di un bi-lanciere secondo l'invenzione.

Nella seguente descrizione verranno illustrati in dettaglio solamente elementi e parti di specifico rilievo e interesse ai fini della comprensione del trovato; per quanto riguarda invece elementi e parti non citate o esaminate, si rimanda alle soluzioni di tipo noto.

In figura 1 si osserva un treno valvola 1 in cui la disposizione geometrica dei suoi elementi è tale da comportare un sostanziale allineamento dei tre punti notevoli A, B e C precedentemente definiti con riferimento ad un esempio di realizzazione noto. Detto treno valvola comprende un bilanciere 2 del tipo di quello di figura 6, ma con la differenza che, secondo l'invenzione, la superficie concava a sezione ogivale 15, atta ad impegnarsi con la ri-spettiva superficie 16 della punteria idraulica 3, è ricavata in un inserto 25 prodotto separatamente e fissato alla porzione di estremità 5 del bilan-ciere, anziché essere realizzata direttamente su tale porzione mediante procedimento di deformazione plastica.

Il punto A al centro della circonferenza teorica di contatto fra la superficie concava 15, formata nell'inserto 25, e la superficie 16 dell'apice della punteria è sostanzialmente allineato con il centro del rullo 8 e con il punto C di contatto teorico fra la superficie 18 del bilanciere e l'apice 19 dello stelo della valvola.

L'inserto 25, che può essere vantaggiosamente realizzato mediante stampaggio a freddo in un materiale non necessariamente identico a quello utilizzato per il corpo del bilanciere, presenta preferibilmente forma di parallelepipedo con due facce laterali piane 26 e 27 (figura 5) atte ad accoppiarsi con rispettive facce interne 12a e 13a (osservabili nella figura 4) delle pareti laterali 12 e 13 del bilanciere a livello della porzione di estremità 5.

Con riferimento alla figura 5, in cui è illustrata un modo di realizzazione preferenziale dell'inserto 25, si osserva come al fine di facilitarne il montaggio e l'impegno con il bilanciere, detto inserto presenti su una sua faccia superiore 28 un'appendice 29 atta ad accoppiarsi con un foro 45 praticato nella porzione a piastra orizzontale 11 del bilanciere in corrispondenza della zona di alloggiamento dell'inserto stesso. Tale appendice 29 può o avere solamente una funzione di posizionamento e centraggio durante il montaggio dell'inserto o costituire un vero e proprio elemento di vincolo cooperante con il corpo del bilanciere. In quest'ultimo caso detta appendice presenta altezza preferibilmente maggiore dello spessore della lamiera del corpo del bilanciere, dimodoché una volta inserita nel foro 45 una sua porzione di estremità superiore si estenda oltre la parete superiore della porzione a piastra orizzontale 11 e sia così suscettibile di essere fissata a detta parete. Tale operazione di fissaggio può essere effettuata in modi convenzionali, noti ad un tecnico del settore, di esecuzione semplice e poco costosa, ad esempio mediante acciaccatura o ribaditura.

Si comprende dunque come un bilanciere secondo l'invenzione consenta di soddisfare appieno le specifiche di progetto imposte dal costruttore del motore, in termini di caratteristiche geometriche e meccaniche, con lavorazioni semplici e di elevata produttività, eseguibili a mezzo di macchinari che non richiedono elevati investimenti iniziali. In particolare l'adozione di un inserto prodotto separatamente rispetto al corpo del bilanciere permette di eliminare la necessità dì eseguire ulteriori lavorazioni di deformazione plastica, che richiederebbero l'utilizzo di presse capaci di sviluppare elevate forze di stampaggio e aventi quindi costo corrispondentemente elevato. Secondo la presente invenzione, infatti, tali lavorazioni per deformazione plastica vengono sostituite dallo stampaggio a freddo dell'inserto, con realizzazione della superficie concava a sezione ogivale, e dal suo fissaggio al corpo del bilanciere. Detto fissaggio può essere vantaggiosamente effettuato, nel caso di un inserto provvisto dell'appendice di accoppiamento 29, con lo stesso tipo di lavorazione utilizzata per il bloccaggio del perno del rullo nei due fori del corpo del bilanciere, ad esempio ribadendo l'estremità superiore della suddetta appendice 29 al fine di produrne il piantaggio per interferenza nel corrispondente foro 45.

Altro vantaggio è la modularità di realizzazione, dal momento che è possibile utilizzare uno stesso tipo di inserto per bilancieri di forme e/o dimensioni diverse o viceversa utilizzare inserti di forme e/o dimensioni diverse per uno stesso tipo di bilanciere.

E' inoltre possibile realizzare l'inserto 25 in un materiale diverso o trattato diversamente rispetto al pattino 17, in modo da soddisfare le op-poste esigenze derivanti dai due accoppiamenti inserto/punteria e pattino/stelo. Nel primo caso infatti l'accoppiamento fra la superficie concava di rivoluzione 15 a sezione ogivale dell'inserto e la superficie 16 sostanzialmente emisferica della punteria determina sollecitazioni di contatto ridotte ma elevata usura per strisciamento; viceversa l'accoppiamento fra la superficie convessa 18 a sezione arcuata del pattino e la superficie generalmente piana all'apice 19 dello stelo della valvola determina elevate sollecitazioni di contatto ma una ridotta usura per strisciamento.

Altra caratteristica vantaggiosa dell'invenzione è costituita dalla possibilità di implementare un semplice ma efficace sistema di lubrificazione del rullo, basato sull'utilizzo dell'olio che proviene dalla punteria idraulica e che serve a lubrificare le superfici di contatto 15 e 16 fra punteria e bilanciere. Con riferimento alla figura 5, all'apice della superficie ogivale 15 dell'inserto è praticato un foro passante 43, di piccolo diametro, atto a permettere la fuoriuscita di olio lubrificante dalla zona d'impegno con l'estremità superiore della punteria verso la faccia superiore dell'inserto nell'intorno dell'appendice 29. L'olio può così essere raccolto in un'impronta 44 (figura 4), realizzata nella parete inferiore della porzione a piastra orizzontale 11 del bilanciere intorno al foro 45, e distribuito verso il rullo a mezzo di un canale 46, anch'esso realizzato sulla parete inferiore della porzione a piastra 11, al fine di provvedere alla lubrificazione delle superfici di contatto fra rullo e organo a camma. Oltre a quello osservabile in figura 4, disposto longitudinalmente, possono essere realizzati altri canali, ad esempio due canali disposti lateralmente da parti opposte rispetto al suddetto canale 46, in modo da convogliare parte dell'olio raccolto nell'impronta 44 verso le due zone di contatto strisciante fra le superfici laterali del rullo e le facce interne delle pareti laterali 12 e 13 del corpo del bilanciere.

Naturalmente, fermo restando il principio del trovato, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto è stato descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall'ambito dell'invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (15)

1. RIVENDICAZIONI 1. Bilanciere (2) per treni valvola (1) di motori a combustione interna, del tipo costruito mediante deformazione di un elemento sagomato in lamiera metallica (30), comprendente superfici (15, 18) per l'impegno con una punteria (3) e rispettivamente con uno stelo (20) di una valvola, ed una porzione (7) per il montaggio di un rullo girevole (8) atto a cooperare con un organo di comando a camma (4), caratterizzato dal fatto che la superficie (15) di impegno con la punteria è realizzata in un inserto (25) fissato al bilanciere.
2. 2. Bilanciere secondo la rivendicazione 1, carat-terizzato dal fatto che l'inserto (25) è conformato, dimensionato e posizionato in modo tale per cui la superficie (15) per l'impegno con la punteria è essenzialmente allineata con il rullo (8) e con la superficie (18) per l'impegno con la valvola (20).
3. 3. Bilanciere secondo la rivendicazione 1 o 2, del tipo comprendente un corpo con sezione trasversale a forma sostanzialmente di U, con una porzione a piastra orizzontale (11) collegante due pareti verticali laterali (12, 13), caratterizzato dal fatto che l'inserto (25) ha due facce laterali opposte (26, 27) atte ad accoppiarsi con rispettive facce interne (12a, 13a) delle suddette pareti laterali del bilanciere.
4. 4. Bilanciere secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che l'inserto (25) ha forma sostanzialmente di parallelepipedo.
5. 5. Bilanciere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'inserto (25) è provvisto superiormente di un'appendice (29) atta ad impegnarsi con un foro (45) praticato nella porzione a piastra (11) del bilanciere.
6. 6. Bilanciere secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che l'appendice (29) è saldamente fissata al bilanciere, al fine di cooperare al fissaggio dell'inserto (25) nel bilanciere stesso.
7. 7. Bilanciere secondo la rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che l'appendice (29) è salda-mente fissata al bilanciere mediante deformazione a freddo.
8. 8. Bilanciere secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzato dal fatto che l'appendice (29) dell'inserto (25) ha un'altezza tale da permetterne il fissaggio alla porzione a piastra (11) del bilanciere mediante operazioni di acciaccatura o ribaditura.
9. 9. Bilanciere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 5 alla 8, caratterizzato dal fatto che la porzione a piastra orizzontale (11) presenta un foro (45) per l'inserimento ed il fissaggio dell'appendice (29).
10. 10. Bilanciere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'inserto (25) è realizzato per stampaggio a freddo .
11. 11. Bilanciere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'inserto (25) è realizzato in materiale diverso rispetto a quello del bilanciere.
12. 12. Bilanciere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'inserto (25) è sottoposto a trattamenti superficiali diversi rispetto a quelli del corpo del bilanciere .
13. 13. Bilanciere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che l'inserto presenta un foro passante (43) che consente il passaggio di olio lubrificante dalla zona della superficie (15) di impegno con la punteria verso la zona del rullo (8) per lubrificare quest'ultimo .
14. 14. Bilanciere secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che presenta un'impronta (44) di forma concava, realizzata nella parete inferiore della porzione a piastra orizzontale (11) in corrispondenza dell'inserto (25), ed almeno un canale (46), suscettibile di mettere in comunicazione tale impronta con la porzione intermedia (7) del bilanciere, al fine dì convogliare verso il rullo l'olio raccolto nella suddetta impronta per lubrificare detto rullo.
15. 15. Bilanciere secondo una qualsiasi delle rivendicazioni dalla 3 alla 14, caratterizzato dal fatto che il corpo con sezione trasversale ad U è ottenuto mediante di piegatura di un elemento sagomato (30) realizzato per tranciatura da un nastro di lamiera .