ANILLO DE ORIFICIO DE PASAJE DE FLUIDO Y METODO
Campo de la Invención
Esta invención se refiere a motores de combustión interná, incluyendo, pero no limitado a, pasajes de fluido, en un jshárter del cigüeñal de un motor de combustión interna.
=¦ Antecedentes de la Invención
Los motores de combustión interna incluyen chárter del ci üeñal que tienen una pluralidad de cilindros y pasajes de fluido formados en el mimo. Algunos de los pasajes de fluido en los chárteres de cigüeñal se construyen para transferir fluidos de motor, tal como combustible, aceite, refrigsrante y asi sucesivamente, de un lugar del motor, normalmente un depósito o una bomba, a otro, normalmente un componente de motor que requiere dichos fluidos para operación. En un motor normal, estos pasajes del fluido pueden formar redes de distribución para distribuir fluidos de ur.a ubicación central a una pluralidad de otras ubicaciones en el motor. Una configuración de motor normal puede incluir dos tipos de circuitos de fluido; circuitos de terminación abierta queden estar dispuestos para transferir fluido a
través del mismo componentes de suministro que usan fluido suministrado a los mismos para operación, por ejemplo, el combustible siendo suministrado a los inyectores de combustible o sistemas de ciclos cerrados que están dispuestos para hacer circular fluido hacia y desde una ubicación general, por ejemplo, la circulación del refrigerante pare enfriar el moro siendo circulado hacia y desde una bomba de refrigerante. Cualquier tipo de circuito refrigerante puede requerir un balance de uno o más circuitos de flujo para asegurar la operación apropiada. El balance de circuitos de flujo en motores normalmente se logra por la adición de orificios de flujo en ciertas ubicaciones a lo largo de una o más rutas de fluido que constituyen cada circuito. Estos orificios de flujo usualm nte son aberturas formadas en varios componentes que tienen un tamaño estrechamente controlado que introducen una caída de presión conocida en un circuito de fluido. Un método conocido para proporcionar orificios de flujo para pasajes de fluidol en motores puede observarse en las siguientes referencias . La Patente de Estados Unidos No. 4,633,911 por Lohn, publicada el 6 de enero, 1987, describe un sello de orificio que se adapta para insertarle en un tubo medidor de orificios para determinar la velocidad de fluido dentro del tubo. Este sello comprende un disco plano que tiene una
abetuné (el orificio de flujo) y una disposición de sello dispue sta a lo largo de una periferia externa del disco que incluy3 un mecanismo de carga de resorte. La Patente de Estados Unidos No. 4,653,761 por
Baugh y otros, publicada el 31 de marzo, 1987, describe un empaqu superior para un motor que tiene una pluralidad de abertu tras que son relativamente pequeñas en comparación con los co rtes circulares que corresponden en número y posición a pasaj e s de refrigerante formados en las caras del bloque de cilind tro y cabezas de cilindro del motor. Las aberturas de tamaño más pequeño, en esta configuración de sello, actúan como o]rificios a un flujo de refrigerante que pasa a través del mi mo . Los métodos conocidos descritos antes pueden modifi rjarse para dar otras combinaciones, algunas son relati amenté sencillas de implementar, pero la mayoría pueden no ser adecuadas para todas las aplicaciones. Por ejemplb, un pasaje de fluido que porta refrigerante en regtimenes de flujo relativamente altos puede requerir una confi ración de orificios más sencilla y más efectiva en costos que una descrita en la referencia de Lohn, y la confi ración propuesta por Baugh puede ser inoperable debido al grcjsor pequeño del material de empaque. Las placas que tienen aberturas de orificios que están hechas de un material flexible se conoce que ocasionan fatiga en el material
Un motor de combustión interna que incluye una bomba Ide luido en comunicación de fluido con un circuito de distribución de fluido y por lo menos un componente de motor dispuesto y construido para recibir un flujo de fluido desde la bompa de fluido a través del circuito de distribución de fluidol puede incluir un anillo en un pasaje de fluido que es parte del circuito de distribución de fluido. El anillo puede incluir una cara de orificio que tiene una abertura y una porción de retención dispuesta peri éricamente alrededor de la cara del orificio de manera que la abertura esta dispuesta y construido para restringir el flujo de fluido en el pasaje de fluido y la porción de retención del anillo está dispuesta para interferir con una superficie interior del pasaje para retene:: el anillo en su lugar. Un método para proveer un orificio en un pasaje incluye el paso de localizar un anillo de orificio adyacente a una abertura del pasaje. El anillo de orificio se presiona con un tapón en el pasaje a través de la abertura y una porción de retención del anillo de orificio se deforma elásticamente. Una fuerza de retención se provee entre la porción de retención del anillo de orificio y una superficie interna del pasaje. El tapón se remueve del pasaje y el anilló del orificio se deja en su lugar de manera que una abertura de orificio formada en el anillo se dispone en el pasaj e .
Breve Descripción de los Dibujos
La Fig. 1 es un diagrama de bloques de un motor que tiene una bomba de fluido conectada a circuitos de distri ución que están dispuestos para proveer componentes de motor zon un flujo de fluido de acuerdo con la invención. La Fig. 2 es una vista en sección transversal de una configuración de orificio conocido de un pasaje de fluido La Fig. 3 es una sección transversal de un pasaje de fl ido que tiene un anillo de orificio colocado en el mismo |ie acuerdo con la invención. La Fig. 4 es una vista isométrica de un anillo de orificlio de acuerdo con la invención. La Fig. 5 es una vista en sección transversal del anillo de orificio de la Fig. 4. La Fig. 6 es una vista en sección transversal de una coifiguración de instalación de un anillo de orificio por el uso de un tapón, de acuerdo con la invención. La Fig. 7 es una gráfica de flujo para un método para p]roveer un orificio en un pasaje de fluido de acuerdo con la i invención .
Descripción de una Modalidad Preferida
Una configuración de orificio de pasaje de fluido mejorada para transferir fluido en un motor bajo altos regímenes de flujo es sencillo, robusto, efectivo en costos, y no incluye una abertura en un material que tiene una sección transversal delgada haciéndolo propenso a fallas de esfuerzo cortante, tal como una abertura en un material de sustra:o de empaques. Lo siguiente describe un aparato para un método de restricción de un flujo de fluido dentro de un pasaje usando un anillo de orificio de prensa en su lugar. Un diagrama de bloques de un circuito de distribución de fluidos para un motor de combustión interna 100 se muestra en la Fig. 1. El motor 100 puede incluir una bomba de fluido 102 que está dispuesto para bombear un fluido a través del motor, tal como, combustible, aceite de motor, refrigerante sucesiyamente . El motor 100 se muestra, por ejemplo, y puede tener luna configuración "V", es decir, dos bancos de cilindros que está dispuesto cada uno en una hilera. La bomba de fluido 102 puede estar dispuesto para tener dos suministrados de fluido. Uno para cada banco. Un primer pasaje I de suministro 104 puede suministrar fluido a un primerá o un banco derecho (BD) 106 que puede incluir un pasa] é único o, en general, una red de pasajes que forman un
circuito de distribución de RB 108 que distribuye flujo desde el pasaje 104 a uno o más componentes de motor 110. Cada uno de los; componentes de motor 110 puede tener una linea de suministro 112, y una linea de retorno 114, cada una conectada al circuito de distribución de BD 108. Un pasaje de retorna de BD 116 puede conectarse al circuito de distriDución de BD 108 con un depósito de recolección (no mostrado) al motor, o una entrada de la bomba de fluido 102, dependiendo de la configuración del motor y el fluido usado. Similarmente, el motor 100 puede incluir un segundo pasaje de suministro 118 para suministrar fluido a un segundo o un banco izquierdo (BI) 120 que puede incluir un solo pasaje o, en general, una red de pasajes que forman un circuito de distribución de BI 122 que distribuye fluido del pasaje 118 a uno o más componentes de motor 124. Cada uno de los componentes de motor 124 puede tener una linea de suministro 126 y una linea de retorno 128, cada uno conectado al circuito de distribución de BI 122. Un pasaje de retorno de BI 130 puede conectar el circuito de distribución de BI 122 cor) la bomba de fluido 102 Con frecuencia, las consideraciones de empaques y requerimientos de fluidos de componentes individuales ocasionan que los circuitos de fluido en diferentes áreas de un motDr tengan diferentes características de circuito de fluido. En el ejemplo mostrado, el circuito de distribución
Pl, cue existe en el primer pasaje 204, puede caer ventajosamente a una segunda presión estática, P2, que existe en el segundo pasaje 206. Bajo condiciones de altos regímenes de flujo del flujo 218, una región de baja presión 220 puede formarse como remolinos de fluido en. un área entre el orificio 212 y el diámetro más grande de un pasaje de salida, en este caso el segundo pasaje 206, creando así una región en donde la presión es aún inferior a la presión P2. Una diferencia de presión entre las presione Pl y P2 pueden actuar en la sección 216 durante la operación del pasaje 208, especialmente si fluctúan las presiones Pl y P2. Esta diferencia de presión puede crear una fuerza que actúa en la sección 216 en la dirección de flujo que actúa para someter a esfuerzo cortante a la sección 216 del empaque 210. Este efecto de esfuerzo cortante puede ocasionar una falla en el empaque 210 que no solo afectará un equilibro del sistema de fluidol que incluye el pasaje 208, pero también puede introducir desechos el flujo 218 si una sección sometida a esfuer o cortante de la sección 216 rompe el empaque 210 como es el caso con frecuencia. Estas y otras desventajas peden evitarse como se describió antes, Una modalidad de un orificio de flujo mejorado en un pas je de fluido en una inferíase entre los componentes de motor adyacentes se muestra en la Fig. 3 en una vista en sección transversal. Un primer componente de motor 302 que
tiene un primer pasaje 304 formado en el mismo puede conectarse a un segundo componente 305 que tiene un segundo pasaje] 306 formado en el mismo que se alinea con el primer pasaje| 304 para formar un pasaje de fluido 308 a través del mismo.I Un empaque 310 que tiene una abertura 312 puede disponerse entre los componentes 302 y 305. La abertura 312 puede | estar dispuesta dentro del pasaje 308 y tiene un diámetro interno 314 que es alrededor del mismo como los diámetros internos de los pasajes 304 y 306 para evitar ventajosamente cualquier esfuerzo cortante de cualquier porción del empaque 310 como se describió antes. Un anillo de orificio 316 puede estar dispuesto en el pasaje 308 para proveer una restricción de flujo deseado a través del mismo. El anillo de orificio 316 puede incluir una cara de orificio 318 que tiene una abertura u orificio 320 formada en el mismo. La abertura 320 puede tener un diámetro interno 322 que es más pequeño que un diámetro interno del primer pasaje 304 y/o el segundo pasaje 306 para proveer una caída de presión deseada de un flujo de fluido 324, denotado por flechas punteadas que pueden pasar a través del pasaje 308 durante la operación. El anillo de orificio 316 pueden tener una porción de retención 326 que está dispuesto alrededor de la cara de orificio 318, conectado a través del mismo a lo largo de una periferia del mismo, y en contacto de interferencia con el segundo pasaje 306 para retención,
Cuando el flujo de fluido 324 pasa a través del pasaje 308 puede forzarse para acelerar a través de la abertura 320 cuando pasa desde el primer pasaje 304 en una porción del segundo pasaje 306 que está corriente abajo del anillo de orificio 316. A medida que el flujo 324 pasa a través de la abertura u orificio 320 una primera presión estática, Pl, que existe corriente arriba del anillo del orificio 316, puede caer ventajosamente a una segunda presión estática, P2, que existe a un lado corriente abajo del anillo de orificio 316. Una diferencia de presión entre las presiones Pl y P2 puede actuar en una sección de la cara del orificio 318 que rodea la abertura 320. Esta diferencia de presión puede crear una fuerza que actúa en el anillo de orificio 316 en la dirección de flujo que actúa para someter a esfuerzo cortante la porción de retención 326 a lo largo del segundo pasaje 306. Este efecto de esfuerzo cortante pude contra -actuar por ajuste de interferencia entre el anillo de orificio 316 y el pasaje 306. Una vista en perspectiva del anillo de orificio 316 se muestra en la Fig. 4. El anillo de orificio 316 puede configurarse ventajosamente como un tapón de copa, o un dispositivo conocido que está dispuesto para ajusfarlo a presiói en un pasaje formado en un componente de motor y proveer un sello para el mismo. El anillo de orificio 316 puede [tener un borde 402 en un diámetro distal o externo de
la porción de retención 326 que está más allá de la cara del orificio 318. Una superficie curva 404 puede estar entre y conectarse a la cara del orificio 318 con la porción de retención 326. El anillo del orificio 316 puede construirse ventajosamente de un solo disco de material, por ejemplo, un disco u hoja metálica, que se ha extraído en una forma de copa que forma la cara del orificio 318 como una base de la copa, y la porción de retención 326 como la pared lateral de la cepa. Durante la operación dé extracción o en una operación subsiguiente, la abertura 320 puede cortarse o perfoiarse fuera de la cara del orificio 318 a lo largo del diámetro interno 322. Una vista lateral en sección transversal del anillo de orificio 316 se muestra en la Fig. 5. El anillo de orificio 316 puede estrecha de una sóla pieza de material que se ha configurado por una operación de formación, extracción u otra. La cara de orificio 318 puede tener un grosor, T que representa el grosor de una materia prima usada para formar el. anillo 316. El material en la porción de retención 326 puede tener un grosor, t, que es ventajosamente menor que el grosor T de la cara del orificio 318. El grosor t puede permitir que la porción de retención 326 se deforme elásticamente cuando el anillo 316 se inserta en un pasaje de fluido. La deflexión del artículo de retención 326 puede aumentarse y controlarse más orientando la porción de
retencjión 326 con respecto a la cara del orificio 318 de maneral que el borde 402 yace más hacia afuera, en una dirección radial, con respecto a la superficie curva 404, o en general, sobresaliendo de un área proyectada de la cara del orificio 318. Esta proyección del borde 404 puede lograrse introduciendo un ángulo, a, en la orientación de la porción de retención 326 de una orientación vertical con respecto a un plano de la cara del orificio 318. El ángulo a puede ser ventajosamente de aproximadamente 3 a 4 grados, pero otros ángulos pueden usarse. El anillo de orificio 316 puede tener un tamaño de orificio, d, que se define por el diámetro interno 322 de la abertura 320 y un diámetro interno, D, que se define por un diámetro proyectado del borde 402. El tamaño de orificio puede dimensionarse apropiadamente para adaptar una caída de presión deseada en un flujo que pasa a través del mismo, mientras el diámetro externo D puede dimensionarse apropiadamente para proveer un ajuste de interferencia con un tamaño de abertura interno de un pasaje que el anillo 316 será instalado en el mismo. Una longitud, L, de la porción de retención 326 a lo largo de una linea central 502 del anillo 316 puede ajustarse para proveer un área de contacto deseada entre la porción de retención 325 y el tamaño de abertura interna del pasaje en el que se instala el anillo.
Una configuración de instalación del anillo 316 en un componente 600 se muestra en sección transversal en la Fig. 6. El componente 600 puede tener una abertura 602 que definel un pasaje para que el fluido pase a través del mismo, la abertura que tiene una superficie interna 604. El componente 600 puede tener una superficie externa 606 que puede ser sustancialmente plana y puede interactuar con otro componente (no mostrado) . Un tapón 608 puede usarse para instalar el anillo 316 en la abertura 602. El tapón 608 puede tener una porción de nariz 610, una porción escalonada 612, una porción de alineación 614, una porción de espaldón 616, y una porción de flecha 618. Cuando se instala el anillo 316 en el componente 600, el anillo puede colocarse en un borde externo de la abertura 602, y la nariz 610 del tapón 608 puede acoplarse a la car.a del orificio 318. Una fuerza, F, puede aplicarse a la flecha 618 del tapón 608 a lo largo de una dirección de la abertura 602 para empujar esencialmente en su lugar al anillo 316 en la abertura 602. La fuerza F deberá ser adecuadamente grande para ocasionar una deformación del artículo de retención 326 hacia adentro ocasionado por la superficie interna 604 de la abertura 602 dado que el anillo 316 se inserta en la abertura 602. La porción escalonada 612 puede adaptar ventajosamente cualquier deformación de la porción de retención 326. Después de que el anillo 316 se ha insertado
más allá de un segmento inicial de a abertura 602, la porción de alineación 614 puede acoplar ventajosamente la superficie interna 604 de la abertura 602 y ayudan a alienar tanto el tapón 608 y el anillo 316 con la abertura 602. El espaldón 616 puede tocar la superficie externa 606 del componente 600 y terminan una inserción del anillo 316 en la abertura 602. Una gráfica de flujo para un método de introducir un ori[ficio en un pasaje de un componente se muestra en la Fig. 7. Se puede formar un pasaje en un componente. El pasaje puede colarse en el componente, o maquinarse alternativamente a través del mismo. El pasaje puede ser una parte de un sistema de distribución de fluido en, por ejemplo, un motor que incluye el componente. Un anillo de orificio puede localizarse adyacente a una abertura del pasaje en el peso 704, y puede empujarse a través de la abertura en el pasaje con u:i tapón en el paso 706. El anillo de orificio ventajosamente puede configurarse de manera sustancial como un tapón de copa que tiene un orificio formado en el mismo. El aníMo puede deformarse elásticamente de manera parcial en el paso 708 y proveer una fura de retención entre el anillo y una superficie interna del pasaje. El tapón puede removerse del pa:;aje en el paso 710 dejando el anillo en su lugar con el orificio formado en el mismo dispuesto para proveer una caída de presión deseada para fluido que puede fluir en el pasaje de componente.
La presente invención puede modalizarse en otras formas específicas sin alejarse de su espíritu o características esenciales. Las modalidades descritas se deben considerar en todos aspectos solo como ilustrativas y no restrictivas . El alcance de la invención, por lo tanto, se indical que las reivindicaciones anexas en lugar de por la descripción anterior. Todos los cambios que están dentro del significado y rango de equivalencia de las reivindicaciones son abarcados dentro de su alcance.