Cos'è una scatola di tenuta del motore?
In un motore a crociera di tipo diesel marino a due tempi, la scatola di tenuta fornisce una guarnizione tra lo spazio di lavaggio del motore e il carter. Le scatole di tenuta sono essenziali per ridurre il rischio di incendi nello spazio di lavaggio, esplosioni del carter e/o contaminazione dell'olio. I motori di tipo trunk non richiedono una scatola di tenuta.
Una scatola di tenuta è composta da tre sezioni principali:
- Sezione superiore – impedisce all'olio lubrificante del cilindro e ai gas di penetrare nel carter.
- Sezione centrale – consente il drenaggio dell'olio in caso di eccesso proveniente dalle sezioni superiori o inferiori.
- Sezione inferiore – impedisce all'olio lubrificante del carter di entrare nello spazio di lavaggio.
La 'sezione superiore' è anche conosciuta come 'sezione di tenuta'. La 'sezione centrale' è anche chiamata 'sezione di drenaggio'. La 'sezione inferiore' è anche nota come 'sezione di raschiamento'. Ogni nome riflette la funzione specifica delle sezioni. La sezione di tenuta forma una barriera per i gas, la sezione di drenaggio permette il deflusso dell'olio, mentre la sezione di raschiamento si occupa di rimuovere l'olio lubrificante del carter.
Scatola di Tenuta per Motore Marino a Due Tempi
Questo articolo si concentra sulle scatole di tenuta utilizzate nei motori diesel marini a due tempi a bassa velocità. Questi motori presentano un basso rapporto alesaggio-corsa, il che richiede l'uso di una crociera per limitare le dimensioni del carter. Senza una crociera, il carter sarebbe economicamente troppo ampio e la tenuta tra gli anelli del pistone e la camicia del cilindro diventerebbe complessa.
Buono a sapersi – lo spazio di lavaggio si trova sotto ogni pistone del motore, permettendo all'aria fresca di entrare nei cilindri del motore, espellendo i gas di scarico dallo spazio di combustione. Il carter del motore si trova direttamente sotto la scatola di tenuta.
Buono a sapersi – i motori trunk utilizzano una biella per collegare il pistone all'albero motore. I motori a crociera collegano il pistone all'albero motore tramite l'asta del pistone, la crociera e la biella.
Confronto tra Motori Trunk e a Crociera
Qual è lo scopo di una scatola di tenuta del motore?
Le funzioni principali di una scatola di tenuta del motore sono:
- Impedire che l'olio lubrificante del carter entri nello spazio di lavaggio quando l'asta del pistone si muove verso l'alto.
- Impedire che l'aria di lavaggio entri nel carter quando il pistone si muove verso l'alto o verso il basso.
- Impedire che l'olio lubrificante del cilindro entri nel carter quando l'asta del pistone si muove verso il basso.
- Impedire che i detriti entrino nel carter quando l'asta del pistone si muove verso il basso.
- Impedire che i gas di scarico entrino nel carter (se gli anelli del pistone non sigillano correttamente) quando il pistone si muove verso l'alto o verso il basso.
Si noti che la direzione di movimento delle aste del pistone determina quale funzione la scatola di tenuta sta svolgendo in qualsiasi momento.
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Quali sono le parti principali di una scatola di tenuta del motore?
Le parti principali di una scatola di tenuta sono elencate di seguito.
Alloggiamento della Scatola di Tenuta
L'alloggiamento della scatola di tenuta costituisce il rivestimento esterno che racchiude gli anelli di tenuta e gli anelli raschiatori. È tipicamente costruito in ghisa o acciaio e assemblato da due parti.
Buono a sapersi – l'‘alloggiamento della scatola di tenuta’ è anche chiamato ‘diaframma’, ‘cassa del diaframma’, o ‘gland del diaframma’.
Scatola di Tenuta con Parti Etichettate
Anelli di Tenuta
Gli anelli di tenuta sono principalmente responsabili di impedire all'aria di lavaggio di entrare nel carter. Se gli anelli del pistone dovessero passare (consentendo ai gas di passare dallo spazio di combustione allo spazio di lavaggio), gli anelli di tenuta impediranno anche a questi gas di entrare nel carter. Gli anelli di tenuta si inseriscono in scanalature all'interno dell'alloggiamento della scatola di tenuta e sono tipicamente realizzati in bronzo. Poiché non è possibile assemblare gli anelli all'interno della scatola di tenuta come un unico pezzo, ogni anello è formato da tre o quattro sezioni diverse che si collegano insieme per formare un cerchio.
Anello di Tenuta Diviso in Quattro Sezioni
Buono a sapersi – gli anelli del pistone che passano possono causare esplosioni del carter e/o incendi nello spazio di lavaggio. Per questo motivo, è imperativo che gli anelli del pistone difettosi siano sostituiti il prima possibile. Gli anelli del pistone che passano saranno spesso scoperti a causa di un calo di potenza del motore all'interno del cilindro interessato.
Buono a sapersi – valvole di esplosione del carter sono utilizzate per mitigare gli effetti di un'esplosione del carter, se dovesse verificarsi.
Anelli Raschiatori Superiori e Inferiori
Gli anelli raschiatori si trovano sopra e sotto gli anelli di tenuta. Esistono per rimuovere l'olio lubrificante in eccesso dall'asta del pistone mentre si muove verso l'alto e per rimuovere l'olio lubrificante del cilindro in eccesso e i detriti dall'asta del pistone mentre si muove verso il basso. Simili agli anelli di tenuta, gli anelli raschiatori si inseriscono in scanalature all'interno dell'alloggiamento della scatola di tenuta. In passato, l'intero anello raschiatore era realizzato in un materiale morbido come la ghisa o il bronzo, ma i design più moderni utilizzano sottili lamelle mentre le parti non soggette a usura sono realizzate in acciaio; questo perché solo le lamelle devono essere sostituite piuttosto che l'intero anello, riducendo così i rifiuti e i costi. Gli anelli raschiatori consistono di tre o quattro sezioni individuali che formano un cerchio quando assemblati (simili agli anelli di tenuta).
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Lamelle (nere) Installate all'interno degli Anelli Raschiatori (grigi)
Molla Garter
Una molla garter è installata dietro ogni anello di tenuta e raschiatore. Le molle servono a premere gli anelli contro l'asta del pistone, garantendo così una buona tenuta. Se la tensione di una molla è troppo alta, potrebbe risultare un'usura eccessiva dell'asta del pistone, degli anelli di tenuta e degli anelli raschiatori. Se la tensione di una molla è troppo bassa, si verificherà una tenuta inadeguata.
Drenaggio
Tra gli anelli di tenuta superiori e gli anelli raschiatori inferiori, c'è un drenaggio. Il drenaggio consente a qualsiasi olio lubrificante del carter che passa gli anelli raschiatori inferiori di essere restituito a un serbatoio di olio lubrificante usato; questo olio può quindi essere trattato e riutilizzato. Il drenaggio consente anche a qualsiasi olio del cilindro che passa l'anello raschiatore superiore di essere restituito allo stesso serbatoio per la lavorazione.
Come funziona una scatola di tenuta del motore?
La scatola di tenuta è fissata in posizione al telaio principale del motore. Mentre il pistone si muove su e giù con ogni corsa, l'asta del pistone si muove su e giù attraverso la scatola di tenuta.
Quando il pistone si muove verso l'alto…
Qualsiasi olio lubrificante dal carter che è entrato in contatto con l'asta del pistone viene rimosso dal set inferiore di anelli raschiatori; l'olio raschiato drena di nuovo nel carter. Gli anelli raschiatori sono premuti contro l'asta del pistone dalle loro molle garter associate.
Quando il pistone si muove verso il basso…
Qualsiasi olio del cilindro presente sull'asta del pistone viene rimosso dall'anello raschiatore superiore mentre il pistone si muove verso il basso. Gli anelli di tenuta impediscono ai gas (aria o gas di scarico) dallo spazio di lavaggio di entrare nel carter. L'anello raschiatore e gli anelli di tenuta sono premuti contro l'asta del pistone dalle loro molle garter associate.
Buono a sapersi – se gli anelli raschiatori o gli anelli di tenuta sono installati troppo strettamente, si verificherà un'usura degli anelli e dell'asta del pistone (non desiderato).
Buono a sapersi – è necessario un piccolo quantitativo di olio lubrificante per lubrificare gli anelli raschiatori e gli anelli di tenuta. Gli anelli non devono entrare in contatto fisico con l'asta del pistone; un sottile film di olio separa l'asta del pistone dagli anelli, riducendo così l'usura su tutte le parti.
Buono a sapersi – i gas di scarico saranno presenti solo se c'è un guasto o un'usura eccessiva degli anelli del pistone o della camicia del cilindro; un pistone incrinato può anche consentire la fuoriuscita di gas di scarico.
Le scatole di tenuta sono adatte a tutti i tipi di motore?
Le scatole di tenuta sono adatte solo per motori a due tempi a crociera. Esistono due tipi principali di motori a combustione interna a due tempi: il tipo trunk e il tipo a crociera.
Motore a Crociera
In un motore a crociera, una crociera converte il moto rotatorio dell'albero motore nel moto lineare del pistone. Ciò significa che l'asta del pistone si muove su e giù linearmente, mentre l'albero motore ruota attorno a un asse centrale di rotazione.
Motore Trunk
Un motore a due tempi trunk non ha una crociera, il che significa che l'asta del pistone si muove sia verticalmente che orizzontalmente ad ogni corsa. Questi due gradi di libertà/movimento significano che una scatola di tenuta non può essere utilizzata per fornire una guarnizione su un motore a due tempi di tipo trunk. La mancanza di un sistema di tenuta significa che l'olio lubrificante può entrare nello spazio di lavaggio di un motore a due tempi di tipo trunk; questo è un difetto di progettazione intrinseco per questo tipo di motore.
Buono a sapersi – i motori a quattro tempi non sono abbastanza grandi da richiedere una crociera, cioè il loro rapporto alesaggio-corsa è troppo grande, quindi non possono utilizzare una scatola di tenuta.
Caratteristiche della Scatola di Tenuta
Le seguenti caratteristiche spiegano perché le scatole di tenuta sono utilizzate sui motori marini a due tempi a crociera a bassa velocità:
Semplicità e Affidabilità
Le scatole di tenuta sono dispositivi semplici con alti tassi di affidabilità. Sono relativamente facili da mantenere e riparare e sono meno soggette a guasti rispetto ad altri tipi di guarnizioni.
Capacità di Accomodare Grandi Spazi
Lo spazio tra l'asta del pistone e il telaio A in un motore marino a due tempi può essere piuttosto grande; le scatole di tenuta sono in grado di accomodare questo grande spazio pur ottenendo una buona tenuta.
Basso Costo
Le scatole di tenuta sono relativamente economiche da produrre e installare; questo le rende convenienti.
Design Provato
I progressi nella scienza dei materiali hanno permesso di migliorare continuamente i design delle scatole di tenuta. I miglioramenti del design hanno portato a tassi di usura ridotti, migliore tenuta e intervalli più lunghi tra gli interventi di manutenzione.
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Risorse Aggiuntive
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https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1468087418796615