BR0311220B1

BR0311220B1 - Mancal de cavilha de pistão para motores de combustão

Info

Publication number: BR0311220B1
Application number: BRPI0311220-9A
Authority: BR
Inventors: Dieter Weinkauf; Guenter Zugschwert
Original assignee: Mahle Gmbh
Priority date: 2002-05-22
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2014-09-09
Also published as: US20050150374A1; WO2003098078A1; DE10222463A1; HK1077352A1; CN1656331A; EP1509712A1; KR100976642B1; US7107893B2; JP2005526218A; JP4488511B2; CN100346093C; BR0311220A; KR20040111667A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MANCAL DE CAVILHA DE PISTãO PARA MOTORES DE COMBUSTãO". A presente invenção refere-se a um mancai de cavilha de pistão para motor de combustão, com perfurações de cubo, nos quais está apoiada uma cavilha de pistão.

Perfurações de cubo de pistões para motores de combustão, para serem configurados de forma correspondentes as solicitações e defor- mações, passarão a ser conhecidas por exemplo a partir dos documentos DE 21 52 462 B2, DE 41 41 279 A1 E DE 30 36 062 C2 tanto as perfilações ali mencionadas do cubo resultam do reconhecimento geral que as forças de gás que agem sobre o fundo do pistão são transferidas para cavilha do pis- tão, com o que, em virtude do seu movimento giratório na biela, a cavilha do pistão é periodicamente curvada. De acordo com o estado atual desta ma- neira as perfurações do cubo são sujeitas a tração, e flexão tanto no plano horizontal como também vertical, especialmente no zênite e no nadir da perfuração de cubo. Para poder remediar esta deformação, o documento DE 21 52 462 B2 propõem um formato de cubo, no qual a linha lateral da perfuração do cubo é curvada apresentando o eixo da perfuração do cubo, um traçado ligeiramente curvado na direção do centro do pistão e a sessão transversal da perfuração é de formato oval, sendo que o pequeno semi-eixo da sessão oval projeta-se em paralelo para com o eixo longitudinal do pistão. O documento DE 30 36 062 C2 é proposto que as perfurações do cubo tenham sessão transversal oval e o grande semi-eixo da sessão oval estende-se em paralelo para com o eixo longitudinal do pistão. Além disso, o lado das perfurações do cubo, distanciado do eixo longitudinal do pistão, apresenta uma sessão oval maior, e o lado vizinho do eixo longitudi- nal do pistão apresenta uma sessão oval menor, sendo que em uma outra configuração, a linha lateral está configurada inclinada no vértice da perfura- ção.

Todas perfilações acima mencionadas não evitam todavia na prática que com a crescente solicitação do pistão por forças de ignição crescentes, possam surgir fissuras na haste e na região da borda da conca- vidade, bem como do fundo da concavidade após algumas centenas de ho- ras de operação, cuja causa pode residir na folga demasiado grande entre a cavilha do pistão e a perfuração do cubo, situando-se no zênite e no nadir da perfuração. Para conseguir a menor folga possível, é proposto no docu- mento DE 1650 206 A1 uma perfuração de cubo oval, na qual o grande eixo da sessão oval passa a ficar situada transversalmente para com o eixo lon- gitudinal do pistão. Desta maneira deve ser majorado ao mesmo tempo a segurança contra gripamento e reduzido índice de ruído entre a cavilha do pistão e a perfuração do cubo.

Constitui objeto da invenção propor um formato de perfuração de cubo para um mancai de cavilha de pistão aprimorado em comparação com o estado da técnica, que permite uma nítida redução de tenções mecânicas no pistão e portanto também um prolongamento da durabilidade do próprio pistão. Além disso, com esta perfilação deve ser evitada a formação de ruí- dos no mancai da cavilha do pistão.

De acordo com a invenção, esta tarefa será solucionada pelas características da reivindicação 1.

Pela sessão oval elevada, realizada em um lado apenas na regi- ão do equador -zênite - Equador - Cubo, na qual a linha lateral da sessão oval, situada nos zênite da perfuração do cubo, projeta-se em paralelo para com o eixo da perfuração do cubo, por um lado consegue-se vantajosa- mente que na configuração da invenção, a perfuração de sessão oval eleva- da, se verifique uma solicitação maior nas regiões situadas radialmente na sessão externa da perfuração do cubo, ou seja, as regiões laterais na perfu- ração do cubo. Desta maneira resulta - baseado no maior braço de alavanca referido ao eixo do pino - um momento maior que reduz a flexão do pistão ao redor do eixo da cavilha. Daí resultam, comparado com o estado da técnica, menores tensões tangenciais na borda da concavidade e no fundo da con- cavidade de combustão.

Por outro lado, pelo formato apenas unilateral, circular cilíndrico, realizado na região Equador - nadir - Equador - Cubo, na qual a linha lateral situada no nadir da perfuração de cubo, desloca-se em paralelo para com o eixo da perfuração do cubo, consegue-se vantajosamente que a folga entre a cavilha do pistão e o cubo esteja minimizada na troca da aplicação da ca- vilha do pistão a partir do lado superior do cubo para o lado inferior do cubo.

Ao todo, consegue-se com a perfilação da perfuração do cubo de acordo com a invenção um nítido aumento da durabilidade do pistão, comparado com o estado da técnica conhecido.

Ampliações vantajosas são objetos das reivindicações depen- dentes. A seguir, a invenção será descrita mais detalhadamente com base em um exemplo de execução. A figuras mostram: Figura 1 um corte longitudinal parcial por um pistão;

Figura 2 um corte transversal pela perfuração do cubo ao longo da linha yy;

Figura 3 um pistão em perspectiva, mostrando diferentes ponto A-E altamente solicitados;

Figura 4 uma representação gráfica da influência de diferentes versões da perfuração de cubo sob a durabilidade de acordo com os pontos da figura 3;

Figura 5.1 representação das tensões radiais na perfuração do cubo como ação seqüencial de um formato de cubo cilíndrico entre Equador - zênite - Equador com formato de cubo circular cilíndrico entre Equador - nadir - Equador;

Figura 5.2 uma representação às tensões radiais na perfuração de cubo como ação seqüencial de um formato de cubo com sessão oval ele- vada entre a região Equador - zênite - Equador com formato de cubo circular cilíndrico entre Equador - nadir - Equador;

Figura 5.3 uma representação das diferenças nas tensões com perfuração de cubo e sessão oval elevada e cilíndrica;

Figura 6 representação da modificação da durabilidade.

Como pode ser vista a partir da figura 1, um pistão 1 para um motor de combustão apresenta uma perfuração de cubo 2 com uma região de cubos superior 2.1 e uma região de cubo 2.2 onde está montado uma cavilha de pino circular cilíndrica (não mostrada). De acordo com as figuras 1 e 2, a região superior do cubo está disposto no lado da energia de gás, na face lateral designada com 5 na perfuração de cubo 2 em sentido circunfe- rencial, ao logo de todo o eixo longitudinal do cubo x na região de Equador e cubo - zênite de cubo - Equador de cubo, com perfilação oval elevada e a representação de parâmetro da sessão oval. X = b/2 x cos a} Y = a/2 x sin a} para 0o < α < 180°, Na região inferior 2.2 da perfuração de cubo 2, a face lateral 5 está configurada em formato circular cilíndrico ao longo de todo eixo longitu- dinal do cubo x entre a região Equador de cubo - nadir de cubo - Equador de cubo, sendo que para as duas regiões de cubo se aplica: A : grande diâmetro da sessão oval; b = D : pequeno diâmetro da sessão oval; D : diâmetro da sessão de cubo cilíndrica; α : ângulo que forma um raio aleatório contra o eixo Z.

Aplica-se para toda a perfuração do cubo que as linhas laterais 3 e 4 situados nos zênite e no nadir, se estendem paralelamente para com o eixo longitudinal do cubo aplicado em sentido vertical para com o eixo longi- tudinal do pistão. Convenientemente a sessão oval representa 0,05 até 0,2% do diâmetro da perfuração do cubo D.

Como pode ser vistos nas figuras 3 e 4, pela configuração do cubo de acordo com a invenção pode se verificar o aumento drástico da du- rabilidade que resulta a partir de um teste de estresse de pistão de 1000h para o pistão diesel de metal leve com 190 bar pressão de ignição. Na figura 3 está explicitado o pistão com a haste 6, a biela 7 e a cavilha do pistão 8 bem com os pontos de medição A-E.

As figuras 5.1 e 5.2 apresentam em sessões da região superior do cubo 2.1 as distribuições da pressão superficial em versão cilíndrica e elevada, bem como de acordo com a figura 5.3, apresentam a diferença da distribuição da pressão superficial das figuras 5.1 e 5.2, utilizando um pistão diesel de metal leve com uma pressão de ignição de 175 bar. Como pode ser visto as tensões radiais nas regiões externas da perfuração do cubo são mais altas, de maneira que em virtude do maior braço de alavanca relativa- mente ao eixo da cavilha, resulta em um momento maior que reduz a flexão do pistão ao redor do eixo da cavilha. Daí resultam por exemplo na borda da concavidade menores tensões tangenciais, mais também outras regiões na concavidade de combustão são solicitadas em menores extensões.

Na figura 6 está indicada a modificação da durabilidade partindo de uma perfuração de cubo cilíndrica que corresponde ao valor de 100%.

Desta maneira, as reduções da tensão acima mencionadas, especialmente na base da concavidade, na borda da concavidade na direção da cavilha (Murabori)e na concavidade do canal de refrigeração (Kuka) contribuindo para um acentuado aumento da durabilidade do pistão.

Claims

1. Mancai de cavilha de pistão para motor de combustão com perfurações de cubo nos quais está apoiado uma cavilha de pistão, caracte- rizado pelo fato de que, a face lateral (5) da perfuração de cubo (2) ao longo de todo seu comprimento de cavilha portante, na região de Equador de cubo - zênite de cubo - Equador de cubo tem um formato oval elevado e a repre- sentação de parâmetro da sessão oval é de X = b/2 x cos a} Y = a/2 x sin a} para 0o < α < 180°, sendo que na região de Equador de cubo - nadir de cubo - Equador de cubo apresenta formato circular cilíndrico com A : grande diâmetro da sessão oval; b = D : pequeno diâmetro da sessão oval; D : diâmetro da sessão de cubo cilíndrica; α : ângulo que forma um raio aleatório contra o eixo X.

2. Pistão (1) para motor de combustão de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizado pelo fato de que as linhas laterais da perfuração de cubo (2), situadas nos zênite (3) e no nadir (4), estendem-se paralelamente para com o eixo de perfuração do cubo.

3. Pistão (1) para motor de combustão de acordo com a reivindi- cação 1 e 2, caracterizado pelo fato de que a cavilha do pino (8) é de for- mato cilíndrico.

4. Pistão (1) para motor de combustão de acordo com a reivindi- cação 3, caracterizado pelo fato de que a cavilha do pistão (3) apresenta perfurações perfiladas.