Cárter do túnel - Tunnel crankcase
Um cárter de túnel , virabrequim de túnel ou motor de virabrequim de disco é uma característica de projeto de um motor a diesel ou a gasolina onde o virabrequim é projetado de modo que os rolamentos principais (os rolamentos que suportam o virabrequim dentro do cárter ) são aumentados em diâmetro, como que eles agora são maiores do que as manivelas (os braços radiais que ligam os rolamentos da extremidade grande aos rolamentos principais). Portanto, eles formam o maior diâmetro de qualquer parte do virabrequim. Em vez de um cárter convencional que tem redes através dele para suportar os rolamentos estreitos de um cárter convencional, o cárter agora tem um grande túnel através dele, daí o nome.
Os cárteres dos túneis surgiram na década de 1930 com os primeiros motores a diesel de alta velocidade . Eles foram favorecidos por alguns fabricantes mais do que outros, notavelmente Saurer na Suíça e Maybach-Motorenbau GmbH (agora MTU ) Friedrichshafen . Eles são descritos como 'cárteres de túnel' e ' manivelas de rolamento de rolos '; os dois aspectos estão relacionados e não está claro qual deu origem ao outro.
Origens
Este é um virabrequim construído com redes aparafusadas. Os rolamentos da manivela ( excluindo as pistas de rolamento) são menores do que as almas.
Os rolamentos finais deste virabrequim de semitúnel (não mostrado) também são de tamanho pequeno convencional.
Com o desenvolvimento do motor diesel de alta velocidade por volta de 1930, os motores diesel potentes tornaram-se disponíveis nos tamanhos anteriormente usados pelos motores a gasolina de baixa potência. Em particular, seu alto BMEP e alto torque levaram a altas forças nos rolamentos do virabrequim. Essas forças eram maiores do que as suportadas pelos pequenos mancais de metal branco usados nos motores a gasolina. Embora os motores de aviões e carros esportivos na década de 1920 tenham se desenvolvido para ter uma potência considerável em um espaço pequeno, eram máquinas de alta manutenção com reparos regulares. Os novos motores diesel destinavam-se a serviços comerciais longos, onde a manutenção era um custo importante a ser reduzido.
A necessidade de uma tecnologia de rolamento aprimorada levou à adoção de rolamentos de rolos , em vez de metal branco. Embora possam ser considerados esotéricos hoje, os rolamentos do virabrequim de esferas e rolos já estavam em uso na década de 1920 para motores mundanos como o Austin 7 .
Os rolamentos de rolos exigem pistas inteiras para as pistas internas e externas do rolamento. Embora as corridas divididas sejam possíveis, elas são caras e difíceis de ajustar. Um meio mais simples de instalar rolamentos de rolos é aumentar o diâmetro do rolamento, de modo que ele se torne maior do que toda a alma do virabrequim. A montagem agora é feita colocando a pista externa do rolamento sobre o virabrequim axialmente de uma extremidade, em vez de montar duas peças radialmente.
Um dos primeiros desenvolvimentos foi o virabrequim de semitúnel. Isso usava grandes rolamentos de esferas ou de rolos do tipo túnel para seus rolamentos centrais, mas os rolamentos finais (carregando a carga dos pistões em apenas um único lado) permaneceram com um rolamento de pequeno diâmetro do estilo convencional. Isso reduziu o custo do rolamento e também reduziu a velocidade linear desses rolamentos menores. Isso foi importante porque também reduziu a velocidade dos retentores de óleo do cárter ao lado deles.
Os virabrequins com rolamentos de rolos foram preferidos na Europa central: Alemanha, Suíça e Tchecoslováquia, devido ao desenvolvimento local e predominância de rolamentos de corpos rolantes , em contraste com a metalurgia aprimorada que está sendo desenvolvida para materiais de rolamentos lisos no mundo anglófono.
Motores a gasolina Maybach
Virabrequins de túnel raramente eram aplicados a motores a gasolina . O desenvolvimento de motores grandes e potentes, fora dos materiais aeroespaciais rarefeitos dos motores de aeronaves , coincidiu com o desenvolvimento de motores a diesel leves e práticos que tendiam a suplantar a gasolina.
Um mercado que ficou com a gasolina foi o de motores para dirigíveis , mercado em que Maybach era predominante. Embora os motores a diesel tenham sido desenvolvidos para uso em dirigíveis, eles geralmente não tiveram sucesso. O British Beardmore Tornado era baseado na prática de motores a diesel de média velocidade e era pesado, de baixa potência e pouco confiável. Apenas Maybach fez uso significativo de virabrequins de túnel para motores a gasolina, com seus motores de dirigível e também uma série de motores-tanque da Segunda Guerra Mundial , como o Maybach HL210 e o HL230 . Esses motores foram usados em todos os tanques médios e pesados alemães. Milhares desses motores foram produzidos, embora os exemplos sobreviventes sejam agora extremamente raros, especialmente em funcionamento.
Motores a diesel Maybach
Após a guerra, Maybach aplicou seu conhecimento de motores compactos de alta velocidade aos motores a diesel, para o mercado emergente de locomotivas ferroviárias a diesel. Esses motores contrastavam com os de outros fabricantes por serem particularmente potentes, tanto em peso quanto em volume. Este foi especialmente o caso para o comprimento, já que os motores de Maybach usavam um layout V compacto em uma época em que a maioria dos fabricantes ainda estava construindo longos motores em linha de banco único. O nome de Maybach tornou-se particularmente associado ao projeto do cárter do túnel e esses motores ainda são os usos mais conhecidos do virabrequim do túnel. Esses motores foram amplamente utilizados na Alemanha, para locomotivas como a classe V200 . No Reino Unido, foram importados e também construídos localmente sob licença. Seguindo a prática alemã, esses motores de alta velocidade foram usados em conjunto com uma transmissão hidráulica , a fim de produzir uma locomotiva potente, mas leve, em comparação com os projetos diesel-elétricos concorrentes . Os motores também foram vendidos para os EUA, embora lá fossem usados nos projetos diesel-elétricos mais consagrados.
Manivelas embutidas e inteiriças
Os primeiros virabrequins de túnel eram construídos com almas aparafusadas nas laterais dos mancais principais, como no virabrequim convencional, só que maior (ver ilustração da seção transversal do motor Saurer). Exemplos destes também foram construídos por John Fowler & Co. na Inglaterra.
Um desenvolvimento posterior foi alargar os rolamentos principais o suficiente para serem maiores do que toda a alma da manivela. Isso agora permitia o uso de um virabrequim de uma peça
Um virabrequim em túnel é considerado um 'túnel' se o diâmetro externo sobre a pista externa dos rolamentos instalados for maior do que o tamanho máximo das almas. Os motores anteriores ou menores podem ter virabrequins com munhões de rolamento menores, mas ainda assim eram considerados porque eram maiores quando os rolamentos foram instalados.
Para evitar a passagem de todo o virabrequim pelos mancais, os diâmetros dos mancais costumavam ser escalonados, em progressão cônica. Cada rolamento agora precisava apenas ser deslizado em todo o comprimento de sua própria largura, sendo pequeno o suficiente para passar facilmente por qualquer alojamento anterior. Isso significava que o virabrequim só poderia ser inserido a partir de uma extremidade do cárter.
Vantagens
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- Diâmetro do mancal
Rolamentos maiores podem suportar as cargas desses motores de força superior.
- Uso de rolamentos de rolos
Eles podem lidar com as forças maiores e velocidades mais altas dos novos motores de alta velocidade.
- conjunto
O virabrequim pode ser inserido em um cárter montado, em vez de as capas dos mancais serem montadas em torno dele. Isso geralmente é feito girando o cárter para cima e, em seguida, baixando o virabrequim verticalmente para dentro dele.
Esta foi uma característica notável de alguns motores Maybach dos anos 1960 , usados para locomotivas a diesel.
- Comprimento reduzido do virabrequim
O comprimento anteriormente exigido para uma banda + rolamento + grupo de banda agora é substituído por um único comprimento de rolamento, também atuando como ambas as bandas.
Como esse comprimento reduzido do virabrequim também reduz o espaçamento entre os cilindros, foi um fator no incentivo ao uso de virabrequins de túnel em motores V , onde há mais distância axial disponível entre os cilindros adjacentes. Isso reduz ainda mais o comprimento total dos motores de virabrequim de túnel.
- Maior rigidez do virabrequim
O virabrequim, principalmente ao longo das almas, torna-se mais largo e mais rígido.
Desvantagens
- Maior velocidade do rolamento linear
Pela geometria simples, conforme o diâmetro do rolamento aumenta, também aumenta a velocidade linear na superfície do rolamento. Isso excede o possível para rolamentos de metal branco. Os rolamentos de rolos foram, portanto, não apenas uma das razões para o virabrequim de túnel alargado, mas também se tornaram necessários por ele.
- Fabricação de virabrequins
O diâmetro e a massa do virabrequim são aumentados, de modo que ele não se encaixará mais em retificadoras de virabrequim padrão e pode exigir maquinário especializado para sua fabricação. Embora o comprimento reduzido do virabrequim possa permitir que grandes motores sejam construídos com máquinas mais curtas.
- Inércia do virabrequim
As almas alargadas têm maior massa, portanto maior inércia rotacional , principalmente porque colocam essa massa no maior raio de distância do eixo do virabrequim. Isso dá um motor que é mais lento para acelerar, embora também signifique que o motor mantém uma velocidade constante mais facilmente sob uma carga que varia rapidamente.
Por esse motivo, o virabrequim de túnel é mais adequado para motores funcionando por longos períodos em velocidade constante, como grupos geradores, locomotivas ferroviárias e barcos. Eles não são usados para carros, onde uma rápida aceleração e desaceleração são necessárias.
- Rigidez do cárter
A grande quantidade de material removido do cárter para fornecer o túnel não permite tanto espaço para enrijecer as teias através do cárter, de modo que a rigidez geral do cárter pode ser menor.
Motores de dois tempos
Muitos motores pequenos de dois tempos de compressão do cárter têm um virabrequim com grandes redes circulares, semelhante ao virabrequim em túnel. No entanto, essas teias são meramente teias, não mancais, e seus mancais são convencionais de diâmetro pequeno ao lado das mantas. Em vez disso, essas redes aumentadas são usadas para aumentar a taxa de compressão do motor. Ao encher mais do volume "morto" do cárter, a proporção entre o volume varrido do cilindro e o volume do cárter restante é aumentada.
Alguns motores multicilíndricos de dois tempos também usam compressão do cárter, quase todos eles motores de popa marítimos . Nestes motores, o volume do cárter separado para cada cilindro deve ser mantido separado. As mantas são assim feitas circulares, grandes e seladas por selos de gás em sua circunferência externa. Mais uma vez, não são considerados virabrequins de túnel se as bandas transportarem apenas uma vedação, mas podem sê-lo se a banda grande também formar o rolamento.
Veja também
- Excêntrico , uma abordagem semelhante para manivelas que são acionadas pelo eixo, particularmente para engrenagens de válvula de locomotiva a vapor. O diâmetro do excêntrico é aumentado até que também seja maior do que o diâmetro total da alma da manivela.
- Rebaixamento do virabrequim , uma técnica para encurtar o comprimento total de um virabrequim sobrepondo os rolamentos.