BR102015018812A2 - sistema de cilindro de potência para um motor de reciprocação - Google Patents

Abstract

resumo “sistema de cilindro de potência para um motor de reciprocação” trata-se de um sistema de cilindro de potência para um motor de reciprocação que inclui um pistão configurado para se mover em um cilindro. o sistema inclui uma ranhura mais de topo que se estende circunferencialmente ao redor do pistão por baixo de uma superfície de apoio de topo do pistão e é configurada para sustentar um anel de topo que tem uma face circunferencial interna. um espaço é definido entre uma porção da ranhura mais de topo e a face circunferencial interna do anel de topo enquanto o anel de topo é posicionado na ranhura mais de topo e um ou mais canais formados na superfície de apoio de topo são configurados para possibilitar a transferência de gases de combustão para o espaço. o sistema também pode incluir uma ranhura mais de fundo que se estende circunferencialmente ao redor do pistão e separados da ranhura mais de topo ao longo de um eixo geométrico axial do pistão e a ranhura de fundo é configurada para sustentar um anel de fundo e é desprovida de drenos de óleo.

Description

“SISTEMA DE CILINDRO DE POTÊNCIA PARA UM MOTOR DE RECIPROCAÇÃO” Antecedentes [001] A matéria revelada no presente documento refere-se, em geral, a motores de reciprocação e, mais particularmente, a um conjunto de pistão a um motor de reciprocação.

[002] Um motor de reciprocação (por exemplo, um motor de combustão interna de reciprocação) queima combustível com um oxidante (por exemplo, ar) para gerar gases de combustão quente que, sucessivamente, acionam um pistão (por exemplo, um pistão de reciprocação) em um cilindro. Em particular, os gases de combustão quentes se expandem e exercem uma pressão contra o pistão que move linearmente o pistão de uma porção de topo para uma porção de fundo do cilindro durante um curso de expansão. O pistão converte a pressão exercida pelos gases de combustão e o movimento linear do pistão em um movimento de rotação (por exemplo, por meio de uma haste de conexão e um virabrequim acoplado ao pistão) que aciona uma ou mais cargas, por exemplo, um gerador elétrico. A construção do pistão e estruturas associadas (por exemplo, um conjunto de pistão) pode impactar significativamente nas emissões de escape (por exemplo, hidrocarbonetos não queimados) e na eficiência do motor, assim como no consumo de lubrificante (por exemplo, óleo). Ademais, a construção do conjunto de pistão pode afetar, significativamente, o atrito entre os componentes do motor de reciprocação e a vida útil do motor de reciprocação. Portanto, seria desejável aprimorar a construção do conjunto de pistão.

Breve Descrição [003] As determinadas realizações comensuradas no escopo com a invenção originalmente reivindicada são resumidas abaixo. Essas realizações não são destinadas a limitar o escopo da invenção reivindicada, mas, de preferência, essas realizações são destinadas apenas a fornecer um breve resumo das possíveis formas da invenção. De fato, a invenção pode abranger uma variedade de formas que podem ser similares ou diferentes das realizações estabelecidas abaixo.

[004] Em uma realização, um sistema de cilindro de potência para um motor de reciprocação inclui um pistão configurado para se mover em um cilindro. O sistema inclui uma ranhura mais de topo que se estende circunferencialmente ao redor do pistão abaixo de uma superfície de apoio de topo (top land) do pistão e configurada para sustentar um anel de topo e que tem uma face circunferencial interna. Um espaço é definido entre uma porção da ranhura mais de topo e a face circunferencial interna do anel de topo enquanto o anel de topo é posicionado na ranhura mais de topo, e um ou mais canais formados na superfície de apoio de topo são configurados para possibilitar a transferência de gases de combustão para o espaço. O sistema também inclui uma ranhura mais de fundo que se estende circunferencialmente ao redor do pistão e separada da ranhura mais de topo ao longo de um eixo geométrico axial do pistão e a ranhura de fundo é configurada para sustentar um anel de fundo e é desprovido de drenos de óleo.

[005] Em uma realização, um sistema de cilindro de potência para um motor de reciprocação inclui um pistão configurado para se mover dentro de um cilindro. O sistema inclui uma ranhura mais de topo e uma ranhura mais de fundo sendo que cada uma se estende circunferencialmente ao redor do pistão, em que a ranhura mais de topo é posicionada abaixo de uma superfície de apoio de topo. O sistema inclui um anel de topo disposto na ranhura mais de topo e um ou mais canais se estendem em uma superfície superior direcionada axialmente da ranhura mais de topo ou em uma superfície superior do anel de topo para direcionar gases de combustão para um espaço entre uma face circunferencial interna do anel de topo e uma porção da ranhura mais de topo. Cada um dos um ou mais canais tem um primeiro raio. O sistema inclui um anel de fundo posicionado na ranhura mais de fundo e um segundo raio de cada um dos drenos de óleo que se estende ao longo da ranhura mais de fundo é menos do que o primeiro raio de cada um dos um ou mais canais radiais.

[006] Em uma realização, um sistema de cilindro de potência para um motor de reciprocação inclui um cilindro que tem uma parede interna e que circunda uma cavidade e um pistão disposto no cilindro e configurado para se mover de uma maneira reciprocante no cilindro. O sistema inclui um anel de topo disposto em uma ranhura mais de topo do pistão e um ou mais canais abertos para a ranhura mais de topo são configurados para transferir gases de combustão através de uma primeira área de fluxo total dos um ou mais canais radiais para uma face circunferencial interna do anel de topo para direcionar o anel de topo radialmente para fora em direção à parede interna do cilindro à medida que o pistão se move no cilindro. O sistema inclui um anel de fundo disposto em uma ranhura mais de fundo do pistão, em que uma segunda área de fluxo total de drenos de óleo abertos para a ranhura de fundo é menor do que a primeira área de fluxo total.

Breve Descrição Das Figuras [007] Essas e outras funções, aspectos e vantagens da presente invenção serão mais bem entendidos quando a seguinte descrição detalhada for lida com referência aos desenhos anexos, nos quais caracteres semelhantes representam partes semelhantes ao longo dos desenhos apresentados no presente documento: - A Figura 1 é um diagrama de blocos esquemático de uma realização de uma porção de um sistema de motor de reciprocação; - A Figura 2 é uma vista em corte transversal de uma realização de um pistão posicionado em um cilindro; - A Figura 3 é uma vista lateral de uma porção de uma realização de um pistão que tem canais radiais formados em uma superfície de apoio de topo do pistão e drenos de óleo formados em uma ranhura de fundo do pistão; - A Figura 4 é uma vista lateral de uma porção de uma realização de um pistão que tem canais radiais formados em uma superfície de apoio de topo do pistão e o pistão é desprovido de drenos de óleo; - A Figura 5 é uma vista lateral em corte transversal de uma porção de uma realização de um pistão que tem três anéis de pistão, um canal radial formado em uma superfície de apoio de topo do pistão, e um dreno de óleo formado em uma ranhura de fundo do pistão; - A Figura 6 é uma vista lateral em corte transversal de uma porção de uma realização de um pistão que tem dois anéis de pistão, um canal radial formado em uma superfície de apoio de topo do pistão e um dreno de óleo formado em uma ranhura de fundo do pistão; e - A Figura 7 é uma vista lateral em corte transversal de uma porção de uma realização de um pistão que tem três anéis de pistão, um canal radial formado em um anel de pistão de topo e um dreno de óleo formado em uma ranhura de fundo do pistão.

Descrição Detalhada [008] Uma ou mais realizações específicas da presente invenção serão descritas abaixo. Em um esforço para fornecer uma descrição concisa dessas realizações, todos os recursos de uma implantação real podem não ser descritos neste relatório descritivo. Deve-se observar que no desenvolvimento de qualquer tal implantação real, como em qualquer projeto de engenharia ou desenho, inúmeras decisões específicas de implantação devem ser realizadas para alcançar os objetivos específicos dos desenvolvedores, tais como, conformidade com as restrições relacionadas ao sistema e relacionadas ao negócio, que podem variar de uma implantação para outra. Além do mais, deve ser observado que tal esforço de desenvolvimento pode ser complexo e demorado, mas, seria, contudo, uma tarefa rotineira de projeto, fabricação e manufatura para os elementos de habilidade comum na técnica que têm o benefício desta revelação.

[009] Ao introduzir os elementos de diversas realizações da presente invenção, os artigos “um”, “uma”, “o”, "a", “dito” e "dita" são destinados a significar que existem um ou mais dos elementos. Os termos “que compreende”, “que inclui” e “que tem” são destinados a serem inclusivos e significam que podem existir elementos adicionais além dos elementos listados.

[010] Os sistemas de cilindro de potência para motores de recíprocação (por exemplo, motores de combustão interna de reciprocação) de acordo com a presente revelação podem incluir um ou mais pistões configurados, cada um, para se mover linearmente em um cilindro (por exemplo, uma camisa) para converter a pressão exercida pelos gases de combustão e pelo movimento linear do pistão em um movimento de rotação para acionar uma ou mais cargas. Cada pistão pode ter uma ranhura anular de topo (por exemplo, uma ranhura de anel de topo, uma ranhura de anel mais de topo ou uma ranhura de anel de compressão) que se estende circunferencialmente ao redor do pistão e um anel de topo (por exemplo, um anel de pistão de topo ou um anel de compressão de topo) pode ser disposto na ranhura de topo. O anel de topo pode ser, em geral, configurado para bloquear combustível e ar ou uma mistura de combustível e ar, para que não escape de uma câmara de combustão e/ou para facilitar a manutenção da pressão adequada para possibilitar que os gases de combustão quentes em expansão ocasionem o movimento de reciprocação do pistão. Cada pistão pode ter uma ranhura anular de fundo (por exemplo, uma ranhura de anel de fundo, uma ranhura de anel mais de fundo ou uma ranhura de anel de óleo) que se estende circunferencialmente ao redor do pistão e um anel de fundo (por exemplo, um anel de pistão de fundo ou um anel de óleo) pode ser disposto na ranhura de fundo. O anel de óleo pode ser, em geral, configurado para raspar um lubrificante (por exemplo, óleo) que forra uma parede interna (por exemplo a parede circunferencial interna) do cilindro. Em algumas realizações, uma ou mais ranhuras anulares adicionais (por exemplo, ranhuras de anel adicionais ou ranhuras de anel de compressão adicionais) podem se estender circunferencialmente ao redor do pistão e um ou mais anéis adicionais (por exemplo, anéis adicionais ou anéis de compressão adicionais) podem ser dispostos nas uma ou mais ranhuras de anel adicionais. Juntos, o anel de topo, o anel de óleo e/ou o anel adicional formam um pacote de anéis e pode, em geral, controlar o fluxo de gases de combustão e/ou lubrificante (por exemplo, óleo) no motor.

[011] Durante a operação do motor de reciprocação, o combustível e o ar se combustam em uma câmara de combustão, fazendo com que o pistão se mova no cilindro. Os gases de combustão também exercem uma pressão contra uma face circunferencial externa do anel de topo, acionando o anel de topo radialmente para dentro em direção oposta à parede interna do cilindro. As realizações reveladas podem incluir um ou mais canais (por exemplo, canais radiais) configurados para transferir os gases de combustão para um espaço adjacente a uma face circunferencial interna do anel de topo, de tal modo que os gases de combustão exerçam uma força direcionada radialmente para fora na face circunferencial interna do anel de topo. Vantajosamente, os um ou mais canais também podem facilitar o controle de óleo no cilindro. Por exemplo, os um ou mais canais podem possibilitar que o anel de topo mantenha contato com a parede interna do cilindro e, portanto, podem possibilitar que o anel de topo raspe óleo ao longo da parede interna do cilindro. Por meio de outro exemplo, sem os um ou mais canais, o óleo pode se acumular na ranhura de topo e pode bloquear o fluxo dos gases de combustão até o espaço. Nas realizações reveladas, os um ou mais canais podem possibilitar que o óleo raspe da ranhura de topo (por exemplo, na câmara de combustão ou ao longo da parede interna do cilindro). Assim, os um ou mais canais podem facilitar o fluxo de óleo na fora da mesma (por exemplo reduzindo-se a aderência do óleo à ranhura de topo) e/ou pode reduzir o tempo de permanência do óleo na ranhura de topo, o que pode aprimorar, em geral, o consumo de óleo e desvio de fluxo dentro do motor.

[012] Conforme discutido em mais detalhes abaixo, as presentes realizações podem ser desprovidas de drenos de óleo ou podem ter drenos de óleo relativamente pequenos (por exemplo, um primeiro raio dos um ou mais canais é maior do que um segundo raio dos drenos de óleo). Tal configuração pode possibilitar a operação confiável e durável dos um ou mais canais. Em alguns motores, os drenos de óleo grandes podem ser dispostos em uma superfície de fundo da ranhura de fundo para drenar óleo a partir do pacote de anel (por exemplo, óleo raspado da parede interna do cilindro em um coletor de óleo abaixo do pistão. No entanto, em determinados motores, inclusive os motores com um coletor de óleo úmido, como drenos de óleo grandes também podem possibilitar que o óleo percorra do coletor de óleo até o pacote de anel (por exemplo, um fluxo de óleo reverso), assim como fornece um percurso de vazamento para o desvio de fluxo. O fluxo de óleo reverso do coletor de óleo pode percorrer até a ranhura de topo, em que o óleo pode impedir a transferência de gases através dos um ou mais canais e limitar a confiabilidade e a eficácia com a qual os um ou mais canais estabilizam o anel de topo. Adicionalmente, em alguns casos, o acúmulo de óleo nos um ou mais canais pode resultar em depósitos de carbono que bloqueiam a transferência de gases através dos um ou mais canais. Dessa maneira, de acordo com determinadas realizações discutidas em detalhes abaixo, um conjunto de pistão desprovido de drenos de óleo ou com drenos de óleo relativamente pequenos pode ajudar a bloquear ou reduzir o fluxo reverse de óleo do coletor de óleo para o pacote de anel e, então, pode possibilitar a operação confiável e eficaz dos um ou mais canais. O conjunto de pistão que tem os recursos revelados no presente documento pode controlar, eficiente e eficaz e eficientemente o óleo, enquanto bloqueia o colapso do anel radial, assim como reduz desvio de fluxo de hidrocarbonetos não queimados, consumo de óleo, emissões, e/ou atrito entre componentes, o que pode resultar em menos desgaste e raspagem, por exemplo.

[013] Voltando-se para os desenhos, a Figura 1 ilustra um diagrama de blocos de uma realização de uma porção de um sistema de geração de potência acionado por motor 8. Conforme descrito em mais detalhes abaixo, o sistema 8 inclui um motor 10 (por exemplo, um motor de combustão interna de reciprocação) que tem uma ou mais câmaras de combustão 12 (por exemplo, 1,2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20 ou mais câmaras de combustão 12). Um fornecimento de ar 14 é configurado para fornecer um oxidante pressurizado 16, como ar, oxigênio, ar enriquecido com oxigênio, ar com teor de oxigênio reduzido ou qualquer combinação dos mesmos, para cada câmara de combustão 14. A câmara de combustão 14 também é configurada para receber um combustível 18 (por exemplo, um combustível líquido e/ou gasoso) de um fornecimento de combustível 19 e uma mistura de combustível e ar inflama e combusta dentro de cada câmara de combustão 14. Os gases de combustão pressurizados quentes fazem com que um pistão 20 adjacente a cada câmara de combustão 14 se mova linearmente em um cilindro 26 e convertam a pressão exercida pelos gases em um movimento de rotação, fazendo com que um eixo 22 gire. Ademais, o eixo 22 pode ser acoplado a uma carga 24, que é acionada por meio de rotação do eixo 22. Por exemplo, a carga 24 pode ser qualquer dispositivo adequado que possa gerar potência através da saída rotacional do sistema 10, como um gerador elétrico. Adicionalmente, embora a discussão a seguir se refira ao ar como o oxidante 16, qualquer oxidante adequado pode ser usado com as realizações reveladas. Semelhantemente, o combustível 18 pode ser qualquer combustível gasoso adequado, como gás natural, gás de petróleo associado, propano, biogás, gás de esgoto, gás de aterro, gás de mina de carvão, por exemplo.

[014] O sistema 8 revelado no presente documento pode ser adaptado para o uso em aplicações estacionárias {por exemplo, em motores de geração de potência industriais) ou em aplicações móveis (por exemplo, em carros ou aeronaves). O motor 10 pode ser um motor de dois cursos, motor de três cursos, motor de quatro cursos, motor de cinco cursos ou motor de seis cursos. O motor 10 também pode incluir qualquer quantidade de câmaras de combustão 12, pistões 20 e cilindros associados (por exemplo, 1 a 24). Por exemplo, em determinadas realizações, o sistema 8 pode incluir um motor de reciprocação industrial de grande escala que tem 4, 6, 8, 10, 16, 24 ou mais pistões 20 em reciprocação nos cilindros. Em alguns casos, os cilindros e/ou os pistões 20 podem ter um diâmetro entre aproximadamente 13,5 a 34 centímetros (cm). Em algumas realizações, os cilindros e/ou os pistões 20 podem ter um diâmetro entre aproximadamente 10 e 40 cm, 15 e 25 cm ou cerca de 15 cm. Em determinadas realizações, o pistão 20 pode ser um pistão de aço ou um pistão de alumínio com um inserto de anel resistente à Ni em uma ranhura de anel de topo do pistão 20. O sistema 8 pode gerar potência que varia de 10 kW a 10 MW. Em algumas realizações, o motor 10 pode operar em menos do que aproximadamente 1.800 rotações por minuto (RPM). Em algumas realizações, o motor 10 pode operar em menos do que aproximadamente 2.000 RPM, 1.900 RPM, 1.700 RPM, 1.600 RPM, 1.500 RPM, 1.400 RPM, 1.300 RPM, 1.200 RPM, 1.000 RPM, 900 RPM ou 750 RPM. Em algumas realizações, o motor 10 pode operar entre aproximadamente 750 e 2.000 RPM, 900 e 1.800 RPM ou 1.000 e 1.600 RPM. Em algumas realizações, o motor 10 pode operar em aproximadamente 1.800 RPM, 1.500 RPM, 1.200 RPM, 1.000 RPM ou 900 RPM. Os motores exemplificativos 10 podem incluir os Jenbacher Engines da General Electric Company (por exemplo, Jenbacher Tipo 2, Tipo 3, Tipo 4, Tipo 6 ou J920 FleXtra) ou Waukesha Engines (por exemplo, Waukesha VGF, VHP, APG, 275GL), por exemplo.

[015] A Figura 2 é uma vista em corte transversal lateral de uma realização de um conjunto de pistão 25 que tem um pistão 20 disposto em um cilindro 26 (por exemplo, cilindro de motor) do motor de reciprocação 10. O cilindro 26 tem uma parede anular interna 28 que define uma cavidade cilíndrica 30 (por exemplo, furo). O pistão 20 pode ser definido por um eixo geométrico ou direção axial 34, um eixo geométrico ou direção radial 36 e um eixo geométrico ou direção circunferencial 38. O pistão 20 inclui uma porção de topo 40 (por exemplo, superfície de apoio de topo) e uma ranhura anular de topo 42 (por exemplo, ranhura de topo, ranhura mais de topo ou ranhura de anel de compressão de topo) que se estende circunferencialmente (por exemplo, na direção circunferencial 38) ao redor do pistão 20. Um anel de topo 44 (por exemplo, um anel de pistão de topo ou um anel de compressão de topo), pode ser posicionado na ranhura de topo 42.

[016] O anel de topo 44 é configurado para se projetar radialmente para fora da ranhura de topo 42 para fazer contato com a parede anular interna 28 do cilindro 26. O anel de topo 44, em geral, bloqueia o combustível 18 e o ar 16 ou uma mistura de combustível e ar 82 para que não escapem de uma câmara de combustão 12 e/ou para facilitar a manutenção da pressão adequada para possibilitar que os gases de combustão quentes em expansão ocasionem o movimento de reciprocação do pistão 20. Ademais, o anel de topo 44 das presentes realizações pode ser configurado para a raspagem de óleo, que reveste a parede anular interna 28 e que controla o calor e/ou o atrito no motor 10, por exemplo.

[017] Conforme mostrado, o pistão 20 inclui uma ranhura anular de fundo 46 (por exemplo, ranhura de anel de fundo, ranhura mais de fundo ou ranhura de anel de óleo) que se estende circunferencialmente ao redor do pistão 20. Um anel de fundo 48 (por exemplo, anel de pistão de fundo ou anel de óleo) é disposto na ranhura de fundo 46. O anel de óleo 48 pode se projetar radialmente para fora da ranhura de fundo 46 para fazer contato com a parede interna 28 do cilindro 26. O anel de óleo 48 é, em geral, configurado para raspar o óleo que reveste a parede interna 28 do cilindro 26 e para controlar o fluxo de óleo no cilindro 26.

[018] Em algumas realizações, uma ou mais ranhuras anulares adicionais 50 (por exemplo, ranhuras de anel adicionais ou ranhuras de anel de compressão adicionais) podem se estender circunferencialmente ao redor do pistão 20 entre a partir da ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46. Em algumas realizações, um ou mais anéis adicionais 52 (por exemplo, anéis adicionais ou anéis de compressão adicionais) podem ser dispostos em cada uma dentre as uma ou mais ranhuras de anel adicionais 50. Os anéis adicionais 52 podem ser configurados para bloquear o desvio de fluxo e/ou para raspar o óleo da parede anular interna 28 do cilindro 26.

[019] Conforme mostrado, o pistão 20 é fixado a um virabrequim 54 por meio de uma haste de conexão 56 e um pino 58. O virabrequim 54 traduz o movimento linear reciprocante do pistão 24 em um movimento de rotação. À medida que o pistão 20 se move, o virabrequim 54 gira para acionar a carga 24 (mostrada na Figura 1), conforme discutido acima. Um coletor de óleo 59 é disposto abaixo ou ao redor do virabrequim 54. Em determinadas realizações, o coletor de óleo 59 é um coletor de óleo úmido que tem um reservatório de óleo. Conforme mostrado, a câmara de combustão 14 é posicionada adjacente à superfície de apoio de topo 40 do pistão 24. Um injetor de combustível 60 fornece o combustível 18 para a câmara de combustão 14 e uma válvula 62 controla a entrega de ar 16 para a câmara de combustão 14. Uma válvula de escape 64 controla a descarga de escape do motor 10. No entanto, deve-se compreender que quaisquer elementos e/ou técnicas adequados para fornecer combustível 18 e ar 16 para a câmara de combustão 14 e/ou para descarregar o escape podem ser utilizados. Em operação, a combustão do combustível 18 com o ar 16 na câmara de combustão 14 faz com que o pistão 20 se mova de uma maneira reciprocante (por exemplo, para trás e para frente) na direção axial 34 na cavidade 30 do cilindro 26.

[020] Uma folga 78 (por exemplo, uma folga radial que define um espaço anular) é fornecida entre a parede anular interna 28 do cilindro 26 e uma superfície externa 80 (por exemplo, uma superfície anular) do pistão 20. Conforme discutido acima, é desejável manter contato entre o anel de topo 44 e a parede anular interna 28 do cilindro 26 para bloquear o desvio de fluxo assim como para possibilitar que o anel de topo 44 raspe o óleo da parede anular interna 28, por exemplo. No entanto, durante a operação do motor 10, os gases de combustão da câmara de combustão 12 fazem contato com uma face externa 90 (por exemplo, uma face radialmente externa ou uma face circunferencial externa) do anel de topo 44 e exercem uma força que aciona o anel de topo 44 radialmente para dentro (por exemplo, ao longo do eixo geométrico radial 36) em direção oposta à parede interna 28 do cilindro 26. Dessa maneira, as presentes realizações incluem um ou mais canais (por exemplo, passagens, calhas, ranhuras ou similares), como um ou mais canais radiais 94, configurados para transferir gases de combustão para um espaço (mostrado na Figura 5) adjacente a uma superfície circunferencial interna (mostrada na Figura 5) do anel de topo 44. Tal configuração possibilita que os um ou mais canais radiais 94 equilibrem o gradiente de pressão através do anel de topo 44 (por exemplo, estabilizem o anel de topo 44) e/ou possibilita que o anel de topo 44 mantenha contato com a parede anular interna 28 do cilindro 26. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, os drenos de óleo relativamente pequenos 96 ou uma eliminação completa de drenos de óleo, no conjunto de pistão 25, podem possibilitar a transferência confiável e eficaz de gases de combustão através dos um ou mais canais radiais 94.

[021] A Figura 3 é uma vista lateral de uma porção de uma realização do pistão 20 que tem dois canais radiais 94 formado na superfície de apoio de topo 40 do pistão 20. Conforme mostrado, os canais radiais 94 são formados em locais distintos ao redor do pistão 20 (por exemplo, locais distintos que são separados circunferencialmente ao redor do pistão 20). Na realização ilustrada, os canais radiais 94 têm um corte transversal curvado (por exemplo, têm uma parede curvada 98) e um raio de canal radial 100. Os canais radiais 94 são formados em uma ou ao longo de uma superfície direcionada axialmente 102 (por exemplo, uma superfície anular), que corresponde tanto a uma superfície de fundo da superfície de apoio de topo 40 quanto a uma superfície superior (por exemplo, superfície de topo ou um perímetro de topo) da ranhura de topo 42. Os canais radiais 94 podem se estender radialmente para dentro (por exemplo, na direção radial 36) a partir da superfície externa 80 (por exemplo, uma superfície anular externa) da superfície de apoio de topo 40 do pistão 20. Conforme mostrado, os canais radiais 94 são abertos em direção à ranhura de topo 42 e uma distância axial 102 entre o anel de topo 44 e a superfície direcionada axialmente 102 é aumentada ao longo dos canais radiais 94 (por exemplo, conforme mostrado por uma segunda distância axial 103, ou seja, maior do que a distância axial 104 e coincidente com os canais radiais 94). Assim, a distância axial entre o anel de topo 44 e a superfície direcionada axialmente 102 varia circunferencialmente ao redor do anel de topo 44. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, tal configuração facilita a transferência dos gases de combustão a partir da cavidade 30 ao longo dos canais radiais 94 até um espaço (mostrado na Figura 5), em que os gases de combustão exercem uma força radialmente para fora (por exemplo, uma força de propensão induzida por pressão) contra uma face interna (mostrada na Figura 5) do anel de topo 44. Assim, os canais radiais 94 podem facilitar o controle do gradiente de pressão através do anel de topo 44 e podem possibilitar que o anel de topo 44 mantenha contato com a parede anular interna 28 do cilindro 26. Por exemplo, os canais radiais 94 podem ajudar a equalizar as pressões axialmente acima de um ponto de vedação 107, enquanto gerar um diferencial de pressão positivo axialmente abaixo do ponto de vedação 107 para impulsionar o anel de topo 44 radialmente para fora contra a parede anular interna 28 do cilindro 26.

[022] Na realização ilustrada, o anel de óleo 48 é disposto na ranhura de fundo 46. Conforme mostrado, o conjunto de pistão 25 inclui os drenos de óleo 96 formados em locais discretos ao redor do pistão 20 (por exemplo, locais discretos que são separados circunferencialmente ao redor do pistão 20). Os drenos de óleo 96 podem ser circunferencialmente alinhados com os canais radiais 94, conforme mostrado, ou os drenos de óleo 96 e os canais radiais 94 podem ser circunferencialmente escalonados ou deslocados dentre si, por exemplo. Na realização ilustrada, os drenos de óleo 96 têm um corte transversal (por exemplo, têm uma parede curvada 105) e são formados na superfície de fundo axialmente orientada 106 ou ao longo da mesma (por exemplo, uma superfície anular) da ranhura de fundo 46. Os drenos de óleo 96 podem se estender radialmente para dentro (por exemplo, na direção radial 36) a partir da superfície externa 80 (por exemplo, uma superfície anular externa) do pistão 20. Conforme mostrado, os drenos de óleo 96 são abertos em direção à ranhura de fundo 46.

[023] Em algumas realizações, uma área em corte transversal total de todos os drenos de óleo 96 (por exemplo, a soma das áreas em corte transversal de cada dreno de óleo 96 no conjunto de pistão 25) pode ser menor do que uma área em corte transversal total de todos os canais radiais 94 (por exemplo, a soma das áreas em corte transversal de cada canal radial 94 no conjunto de pistão 25). Por exemplo, em determinadas realizações, uma razão da área em corte transversal total de todos os drenos de óleo 96 para a área em corte transversal total de todos os canais radiais 94 pode ser aproximadamente de 0,1 a 0,9, de 0,2 a 0,8, de 0,3 a 0,7 ou de 0,4 a 0,5. A área em corte transversal de cada dreno de óleo 96 se baseia em um raio de dreno de óleo 109, enquanto a área em corte transversal de cada canal radial 94 se baseia no raio de canal radial 100. Mais particularmente, a área em corte transversal total de todos os drenos de óleo 96 se baseia no raio do dreno de óleo 109 de cada dreno de óleo 96 e no número total de drenos de óleo 96, enquanto a área em corte transversal total de todos os canais radiais 94 se baseia nos raios de canal radial 100 de cada canal radial 94 e no número total de canais radiais 94. Tal configuração pode limitar o fluxo reverso de óleo em direção aos canais radiais 94 através dos drenos de óleo 96, enquanto também fornecem um percurso para o óleo que é raspado da parede interna 26 do cilindro 28 para drenar o coletor de óleo 59.

[024] Adicional ou alternativamente, em determinadas realizações, o raio de dreno de óleo 109 de cada um dos drenos de óleo 96 pode ser menor do que o raio de canal radial 100 de cada um dos canais radiais 94. Em alguns desses casos, o raio de dreno de óleo 109 pode ser menor do que aproximadamente 2 milímetros (mm) e o raio de canal radial 100 pode ser maior do que aproximadamente 2 mm. Em alguns desses casos, o raio de dreno de óleo 109 pode ser menor do que aproximadamente 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2,5 mm ou 3 mm e o raio de canal radial 100 pode ser maior do que aproximadamente 0,5 mm, 1 mm, 1,5 mm, 2,5 mm ou 3 mm, por exemplo.

Em determinadas realizações, uma razão do raio de dreno de óleo 109 para o raio de canal radial 100 pode ser aproximadamente de 0,1 a 0,9, de 0,2 a 0,8, de 0,3 a 0,7 ou de 0,4 a 0,5.

[025] Adicional ou alternativamente, os drenos de óleo 96 podem ter um primeiro volume de fluxo total baseado em um produto do raio de dreno de óleo 109, de um comprimento de dreno de óleo (mostrado na Figura 5) e de inúmeros drenos de óleo 96 (por exemplo, dois drenos de óleo 96 são mostrados na Figura 3) fornecidos no pistão 20. Adicionalmente, os canais radiais 94 têm um segundo volume de fluxo total com base em um produto do raio de canal radial 100, de um comprimento de canal radial (mostrado na Figura 5) e em inúmeros canais radiais 94 (por exemplo, dois canais radiais 94 são mostrados na Figura 3) fornecidos no pistão 20. Em determinadas realizações, o primeiro volume de fluxo total dos drenos de óleo 96 é menor do que o segundo volume de fluxo total dos canais radiais 94. Por exemplo, em determinadas realizações, uma razão do primeiro volume de fluxo total dos drenos de óleo 96 para o segundo volume de fluxo total dos canais radiais 94 pode ser aproximadamente de 0,1 a 0,9, de 0,2 a 0,8, de 0,3 a 0,7 ou de 0,4 a 0,5.

[026] Por meio de outro exemplo, adicional ou alternativamente, em algumas realizações, um número total dos drenos de óleo 96 pode ser menor do que um número total dos canais radiais 94 no conjunto de pistão 25. Em alguns tais casos, a quantidade de raio de dreno de óleo 96 pode ser menor do que aproximadamente 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 ou 2 e a quantidade de canais radiais 94 pode ser maior do que aproximadamente 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3 ou 2. Em determinadas realizações, uma razão dos inúmeros drenos de óleo 96 para os inúmeros canais radiais 94 pode ser aproximadamente de 0,1 a 0,9, de 0,2 a 0,8, de 0,3 a 0,7 ou de 0,4 a 0,5. Conforme notado acima, o tamanho e as dimensões relativamente pequenas, como o menor raio ou área de corte transversal total, do dreno de óleo 96 pode possibilitar que os canais radiais 94 estabilizem de modo confiável e eficaz o anel de topo 44.

[027] Conforme mostrado, conforme mostrado na Figura 3, o pistão 20 pode incluir a ranhura adicional 50 que se estende circunferencialmente ao redor do pistão 20 e é posicionada entre a ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46. O anel adicional 52 pode ser disposto na ranhura adicional 50. O anel adicional 52 pode ter qualquer uma dentre uma variedade de configurações e funções. Por exemplo, em algumas realizações, o anel adicional 52 é um anel de compressão que é configurado para fazer contato com a parede anular interna 28 do cilindro 26 para bloquear o desvio de fluxo e/ou para raspar o óleo da parede anular interna 28 do cilindro 26. Conforme discutido em mais detalhes abaixo, em algumas realizações, a ranhura adicional 50 e o anel adicional 52 não são fornecidos, e a ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46 são as únicas ranhuras que se estendem circunferencialmente ao redor do pistão 20 e que são configuradas para sustentar os anéis (por exemplo, o anel de topo 44 e o anel de óleo 48). Em alguns casos, juntos, o anel de topo 44 e o anel de óleo de baixa tensão 48 podem controlar de modo eficaz o óleo e/ou bloquear de modo adequado o desvio de fluxo sem o anel adicional 52.

[028] Embora os canais radiais 94 e os drenos de óleo 96 sejam mostrados como tendo um corte transversal curvado, deve ser compreendido que os canais radiais 94 ou os drenos de óleo 96 podem ter qualquer corte transversal ou configuração adequada (por exemplo, retangular, triangular, curvado com curvatura variante ou semelhante) que facilite a transferência dos gases de combustão da maneira revelada no presente documento. Ademais, embora múltiplos canais radiais 94 e múltiplos drenos de óleo 96 sejam ilustrados, deve-se compreender que qualquer quantidade adequada de canais radiais 94 e/ou drenos de óleo 96 pode ser fornecida, como 1,2,3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou mais. Adicionalmente, os canais radiais 94 e os drenos de óleo 96 podem ser distribuídos de qualquer maneira adequada, inclusive com um espaçamento circunferencial uniforme ao redor do pistão 20.

[029] A Figura 4 é uma vista lateral de uma porção de uma realização do pistão 20 que tem canais radiais 94 formados na superfície de apoio de topo 40 do pistão 20. Conforme mostrado, o conjunto de pistão 25 é desprovido de drenos de óleo 96 (mostrados na Figura 3). Na realização ilustrada, a superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46 é geralmente uniforme (por exemplo, plana) ao redor da circunferência do pistão 20. Em tais casos, a superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46 faz contato com uma superfície de fundo 110 do anel de óleo 48 ao redor da circunferência do pistão 20. Assim, nenhuma ranhura radialmente para dentro (por exemplo, passagens ou canais) ou percursos de fluxo são fornecidos na superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46, uma superfície de fundo 110 do anel de óleo 48 ou semelhante. Na realização ilustrada, não há percurso de fluxo que se estende radialmente para dentro a partir da superfície externa 80 do pistão 20 e que se estende axialmente através do pistão 20 para possibilitar a transferência de óleo para e a partir do coletor de óleo 59. A falta de drenos de óleo 96 pode limitar o fluxo reverse de óleo do coletor de óleo 59 para os canais radiais 94 e, assim, pode possibilitar que os canais radiais 94 estabilizem de modo confiável e eficaz o anel de topo 44. A falta de drenos de óleo 96 também pode reduzir o desvio de fluxo.

[030] A Figura 5 é uma vista em corte transversal lateral de uma porção de uma realização do pistão 20 que tem três anéis de pistão (por exemplo, o anel de topo 44, o anel de óleo 48 e o anel adicional 52), um canal radial 94 formado na superfície de apoio de topo 40 do pistão 20 e um dreno de óleo 96 formado na superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46. Nas realizações ilustradas, os canais radiais 94 são formados na superfície direcionada axialmente 102. Os canais radiais 94 se estender radialmente para dentro (por exemplo, ao longo da direção radial 36) a partir da superfície externa 80 da superfície de apoio de topo 40. Durante a operação do motor 10, os gases de combustão exercem pressão na face externa 90 do anel de topo 44 e geram uma força radialmente para dentro 108 que aciona o anel de topo 44 em direção oposta à parede anular interna 28 do cilindro 26.

[031] Embora uma lacuna 120 (por exemplo, uma folga de ranhura de topo) seja fornecida entre uma face de topo 121 (por exemplo, uma face axialmente superior) do anel de topo 44 e a superfície direcionada axialmente 102 do pistão 20 para possibilitar que alguns gases de combustão fluam na ranhura de topo 42, a primeira distância axial 102 através da lacuna 120 é desejavelmente configurada para minimizar a elevação e vibração do anel. Assim, o óleo pode se acumular na lacuna relativamente pequena 120 e bloquear o fluxo de gases de combustão através da ranhura de topo 42 e a lacuna 120 pode não possibilitar a transferência eficaz e confiável dos gases de combustão para uma face interna 124 (por exemplo, uma face radialmente interna ou uma face circunferencial interna) do anel de topo 44, se a lacuna 120 for bloqueada com óleo. Dessa maneira, sem os canais radiais 94, o óleo pode acumular na ranhura de topo 42 e um grande diferencial de pressão pode existir através do anel de topo 44 (por exemplo, entre a face externa 90 e a face interna 124), se a lacuna 120 for bloqueada com óleo. Por exemplo, sem os canais radiais revelados 94, o óleo pode aderir à ranhura de topo 42 e bloquear o fluxo de gases de combustão e, então, a pressão adjacente à face externa 90 pode ser maior que a pressão adjacente à face interna 124. Em tais casos, o anel de topo 44 pode ser susceptível ao colapso de anel radial, que resulta sucessivamente em consumo de óleo aumentado e desvio de fluxo, por exemplo.

[032] Nas presentes realizações, os canais radiais 94 podem ser configurados para facilitar transferência dos gases de combustão para um espaço 130 (por exemplo, um espaço anular) adjacente à face interna 124 do anel de topo 44 e uma parede interna 131 (por exemplo, uma parede anular interna) da ranhura de topo 42, que pode fornecer estabilidade aumentada do anel de topo 44. Os gases de combustão no espaço 130 podem exercer uma força radialmente para fora 134 para equilibrar ou para contrariar a força radialmente para dentro 108, e a pressão através do anel de topo 44 pode ser substancialmente igual ou, de outro modo, controlada para bloquear o colapso de anel radial e para manter contato entre o anel de topo 44 e a parede anular interna 28 do cilindro 26, por exemplo.

[033] Adicionalmente, conforme mostrado, a superfície externa 90 do anel de topo 44 é configurada para entrar em contato com a parede anular interna 28 para formar o ponto de vedação 107. Tal configuração pode vantajosamente permitir que o anel de topo 44 raspe óleo da parede anular interna 28 do cilindro 26 durante a operação do motor 10. Adicionalmente, o óleo é geralmente um líquido viscoso e adesivo que pode aderir ao pistão 20, incluindo a ranhura de topo 42, em certas circunstâncias. Os canais radiais 94 fornecem a distância axial maior 103 e o volume de fenda maior geral entre o anel de topo 44 e a superfície direcionada axialmente 102, bem como área de superfície inferior para razão de volume. Tal configuração pode reduzir a adesão e, de modo geral, facilita o fluxo do óleo para fora da ranhura de topo 42 (por exemplo, para a câmara de combustão 12 ou ao longo da parede anular interna 28 do cilindro 26) e, portanto, pode aprimorar o controle de óleo e reduzir o consumo de óleo dentro do motor 10.

[034] Para limitar o óleo nos canais radiais 94 e para possibilitar a transferência confiável de gases de combustão através dos canais radiais 94, os drenos de óleo 96 podem ser suficientemente pequenos (ou ausentes, conforme mostrado na Figura 4) para limitar ou bloquear a transferência reversa de óleo do coletor de óleo 59 em direção ao anel de topo 44. Por exemplo, a área de corte transversal total dos drenos de óleo 96 pode ser menor do que a área de corte transversal total dos canais radiais 94, conforme discutido acima. Adicional ou alternativamente, um ou mais dos raios de dreno de óleo 109, um volume de fluxo total ou inúmeros drenos de óleo 96 podem ser menores do que os recursos correspondentes dos canais radiais 94. Conforme discutido acima. Na realização ilustrada, os drenos de óleo 96 são formados na superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46. No entanto, os drenos de óleo 96 podem ser formados em qualquer superfície adequada, como uma superfície de fundo do anel de óleo 48. Os drenos de óleo 96 se estendem radialmente para dentro (por exemplo ao longo do eixo geométrico radial 36) da superfície externa 80 do pistão 20. Durante a operação do motor 10, o anel de óleo 48 raspa óleo da parede interna 28 do cilindro 26 e os drenos de óleo 96 podem facilitar, em geral, a transferência do óleo raspado no coletor de óleo 59, conforme mostrado pela seta 148.

[035] O anel de óleo 48 pode ter qualquer configuração ou formato adequados. Conforme mostrado, o anel de óleo 48 é um anel de óleo de duas peças que tem um corpo 150 e uma mola 152. O corpo 150 inclui uma face externa 154 (por exemplo, uma face radialmente externa ou uma face circunferencial externa). Na realização ilustrada, o anel de óleo 48 tem uma corte transversal em formato de U que tem uma primeira protuberância anular 156 (por exemplo, um primeiro trilho) e uma segunda protuberância anular 144 (por exemplo, um segundo trilho) que são configuradas para engatar e raspar óleo da parede anular interna 28 do cilindro 26. A primeira protuberância anular 156 tem uma primeira largura 160 (por exemplo, uma largura configurada para entrar em contato com a parede anular interna 28 do cilindro 26) e a segunda protuberância anular 158 tem uma segunda largura 162 (por exemplo, uma largura configurada para entrar em contato com a parede anular interna 28 do cilindro 26). A primeira largura 160 e a segunda largura 162 podem ser, de modo geral, a mesma ou podem ser diferentes entre si. A mola 152 é acoplada ao corpo 150 do anel de óleo 48 e é configurada para estimular o corpo 150 radialmente para fora em direção à parede anular interna 28 do cilindro 26 e/ou axialmente para fora contra a ranhura externa 46. O anel de óleo 48 pode ser configurado para fazer contato com a superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46 e/ou uma superfície superior axialmenhte voltada 164 da ranhura de fundo 46.

[036] Conforme mostrado, o conjunto de pistão 25 inclui um anel adicional 52. O anel adicional 25 é posicionado na ranhura adicional 50 entre a ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46. O anel adicional 52 pode ter qualquer configuração ou formato adequados. Conforme mostrado, o anel adicional 52 inclui uma face externa afunilada 140 (por exemplo, uma face radialmente externa ou uma face circunferencial externa). O anel adicional 52 pode ser geralmente configurado para bloquear o desvio de fluxo, para raspar o óleo da parede anular interna 28 do cilindro 26 e/ou para controlar uma quantidade de óleo que alcança o anel de topo 44. Adicionalmente, em algumas realizações que têm três anéis, a ranhura de fundo 48 pode não sustentar o anel de óleo 48 (por exemplo, que tem o corpo 150 e a mola 152), em vez disso, pode sustentar um segundo anel de compressão menor na forma de anel de topo 44 ou do anel adicional 52. Conforme discutido abaixo, em algumas realizações de acordo com a presente revelação, o anel adicional 52 pode não ser fornecido. Em vez disso, o anel de topo 44 e o anel de óleo 48 podem, juntos, fornecem controle adequado de óleo sem o anel adicional 52.

[037] A Figura 6 ilustra uma porção de uma realização do pistão 20 que tem duas ranhuras de pistão (por exemplo, a ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46) e um canal radial 94 formado na superfície de apoio de topo 40 do pistão 20 e um dreno de óleo 96 formado na superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46. Conforme mostrado, o dreno de óleo 96 é fornecido na superfície de fundo axialmente orientada 106 da ranhura de fundo 46. A ranhura adicional 50 e o anel adicional 52 não são fornecidos, e a ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46 são as únicas ranhuras que se estendem circunferencialmente sobre o pistão 20 e que são configurados para sustentar anéis (por exemplo, o anel de topo 44 e o anel de óleo 48). Em tais casos, juntos, o anel de topo 44 e o anel de óleo podem raspar de modo eficaz o óleo da parede anular interna 28 e/ou bloquear de modo adequado o desvio de fluxo sem o anel adicional 52.

[038] Nas realizações que têm apenas duas ranhuras, a ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46 podem ser separadas por qualquer distância adequada. Adicionalmente, em algumas realizações que têm apenas duas ranhuras, a ranhura de fundo 48 pode não sustentar o anel de óleo 48 (por exemplo, que tem o corpo 150 e a mola 152), mas em vez disso, pode sustentar um segundo anel de compressão semelhante em forma ao anel de topo 44 ou ao anel adicional 52 (mostrado na Figura 5). Ademais, nas realizações que têm apenas duas ranhuras, será particularmente desejável que o conjunto de pistão 25 seja desprovido de drenos de óleo 96 (mostrados na Figura 4) para reduzir o desvio de fluxo. Em outras modalidades que têm apenas duas ranhuras, o conjunto de pistão 25 pode ter drenos de óleo 96 que têm dimensões menores do que os canais radiais 94, conforme discutido em detalhes acima. As realizações que têm apenas duas ranhuras podem ter qualquer um dos recursos estabelecidos acima ou estabelecidos abaixo em relação à Figura 7.

[039] A Figura 7 ilustra uma vista em corte transversal lateral de uma porção de uma realização do pistão 20 que tem um canal radial 94 formado no anel de topo 44 e um dreno de óleo 96 formado na ranhura de fundo 46. Em certas realizações, os canais radiais 94 podem ser formados ao longo da face de topo 121 do anel de topo 44. Tais canais podem ser fornecidos além de ou como uma alternativa aos canais radiais 94 formados na superfície de apoio de topo 40 do pistão 20, conforme mostrado nas Figuras 2 a 6, por exemplo.

[040] Conforme mostrado, os canais radiais 94 formados no anel de topo 44 podem se estender radialmente para dentro (por exemplo, na direção radial 36) da face externa 90 para a face interna 124 do anel de topo 44. Os canais radiais 94 podem aumentar a distância axial 102 entre a face de topo 121 do anel de topo 44 e a superfície axialmente orientada 102 da ranhura de topo 42 ao longo do raio 100 coincidente com o canal radial 94. Desse modo, o canal radial 94 pode facilitar o fluxo dos gases de combustão da cavidade 30 para o espaço 130 adjacente à face interna 124, conforme mostrado pela seta 172. Conforme discutido acima, a transferência de gases para o espaço 130 pode controlar a pressão diferencial entre a face externa anular 90 e a face interna 124 do anel de topo 44 e, desse modo, possibilita que o anel de topo 44 mantenha contato com a parede interna 28 do cilindro 26.

[041] Conforme estabelecido acima, os canais radiais 94 podem ajudar a equalizar as pressões ou criar pressão diferencial entre a face interna 124 do anel de topo 44 e a face externa 90 do anel de topo 44 ajudando, desse modo, a induzir o anel de topo 44 radialmente para fora contra o cilindro 26 para bloquear colapso de anel radial e/ou desvio de fluxo, por exemplo. Adicionalmente, o anel de topo 44 e/ou os canais radiais 94 podem ser construídos para bloquear colapso de anel radial e desvio de fluxo, ao mesmo tempo em que também fornecem controle de óleo dentro do motor 10. Tal configuração pode se beneficiar do uso do dreno de óleo relativamente pequeno 96 (por exemplo, menor do que os canais radiais 94, conforme discutido acima) ou uma ausência de um dreno de óleo 96, o que reduz vantajosamente o fluxo reverso de óleo a partir do coletor de óleo 59 em direção aos canais radiais 94 durante a operação do motor 10 e/ou reduz o desvio de fluxo, por exemplo.

[042] Adicionalmente, em algumas realizações que têm os canais radiais 94 posicionados no anel de topo 44, a ranhura adicional 50 e o anel adicional 52 não são fornecidos {conforme mostrado na Figura 6). Desse modo, a ranhura de topo 42 e a ranhura de fundo 46 são as únicas ranhuras que se estendem circunferencialmente sobre o pistão 20 e que são configuradas para sustentar os anéis (por exemplo, o anel de topo 44 e o anel de óleo 48), conforme mostrado na Figura 6. Em tais casos, junto com o anel de topo 44 e o anel de óleo 48 pode raspar de modo eficaz o óleo da parede anular interna 28 e/ou bloqueia adequadamente o desvio de fluxo sem o anel adicional 52. As modalidades que tem apenas os canais radiais 94 posicionados no anel de topo 44 podem ter quaisquer dos recursos estabelecidos acima ou estabelecidos abaixo.

[043] Adicionalmente, conforme mostrado nas Figuras 5 a 7, o anel de topo 44 pode ter um perfil assimétrico (por exemplo, um corte transversal assimétrico) sobre um eixo geométrico radial 181, como um perfil em formato de barril, um perfil afunilado ou perfil parcialmente afunilado (por exemplo, um perfil cônico), em certas realizações. Em tais casos, a face externa 90 do anel de topo 44 pode ser configurada para raspar de modo efetivo e eficaz o óleo de uma parede interna do cilindro durante um curso descendente (por exemplo, um curso de expansão) do pistão. Embora mostrado de modo diferente em cada uma das Figuras 5 a 7, deve ser entendido que o anel de topo 44 pode ter qualquer perfil adequado, incluindo qualquer um dos perfis mostrados nas Figuras 5 a 7. Por exemplo, conforme mostrado na Figura 5, o anel de topo 44 tem uma face externa em formato de barril assimétrico (por exemplo, curvado) 90. A título de um exemplo adicional, conforme mostrado na Figura 6, o anel de topo 44 é linearmente afunilado através de uma altura 183 do anel de topo 44. Desse modo, um raio 184 (e, desse modo, um diâmetro) do anel de topo 44 aumenta entre a face de topo 121 e a face de fundo 112 do anel de topo 44. O menor raio 184 do anel de topo 44 coincide com a face de topo 121, enquanto o maior raio 184 do anel de topo 44 coincide com a face de fundo 112. Em tal configuração, a superfície externa 90 é configurada para entrar em contato com a parede anular interna 28 para formar o ponto de vedação 107 em ou próximo à face de fundo 112 do anel de topo 44. Conforme mostrado na Figura 7, o anel de topo 44 tem uma face externa parcialmente afunilada 90, em que o raio 184 do anel de topo 44 aumenta entre a face de topo 121 e uma região intermediária 186 que forma a vedação anular 107. Embora a pressão contra o perfil em formato de barril, o perfil linearmente afunilado ou perfil parcialmente afunilado possa estimular o anel de topo 44 radialmente para dentro, os canais radiais 94 na superfície direcionada axialmente 102 da ranhura de topo 42 e/ou os canais radiais 94 no anel de topo 44 podem ser configurados para transferir gases de combustão para o espaço 130 para controlar a pressão através do anel de topo 44, para estabilizar o anel de topo 44 e/ou para controlar o óleo, da maneira estabelecida acima. Por exemplo, os canais radiais 100 podem ajudar a equalizar as pressões axialmente acima do ponto de vedação 114, enquanto geram uma pressão diferencial positiva axialmente abaixo do ponto de vedação 114 para estimular o anel de topo 44 radialmente para fora contra a parede anular interna 28 do cilindro 26.

[044] Os efeitos técnicos das realizações reveladas incluem fornecer sistemas para controlar a distribuição de gases de combustão no motor 10 por meio de canais, como canais radiais 94. Por exemplo, os gases de combustão podem exercer pressão contra a face externa 90 do anel de topo 44 do conjunto de pistão. Os canais radiais 94 formados na superfície de apoio de topo 40 ou no anel de topo 44 podem transferir os gases de combustão para o espaço 130 adjacente à superfície interna 124 do anel de topo 44 controlando, assim, um gradiente de pressão entre a face externa 90 e a face interna 124 e possibilitando que o anel de topo 44 mantenha contato com a parede interna 28 do cilindro 26. As realizações reveladas também controlam o óleo dentro do motor 10 através do uso de drenos de óleo relativamente pequenos 96 (por exemplo, menores do que os canais radiais 94) ou uma falta de drenos de óleo 96. Tais configurações podem limitar, vantajosamente, o óleo em proximidade com os canais radiais 94, assim, fornecendo a transferência confiável e durável de gases de combustão através dos canais radiais 94. As realizações reveladas podem reduzir vantajosamente o consumo de óleo, emissões, desvio de fluxo, colapso de anel radial e/ou atrito no motor 10, por exemplo.

[045] Esta descrição escrita utiliza os exemplos para revelar a invenção, inclusive o melhor modo, e também possibilita que qualquer pessoa versada na técnica pratique a invenção, inclusive produza e use quaisquer dispositivos ou sistemas e execute quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável da invenção é definido por meio das reivindicações, e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles versados na técnica. Tais outros exemplos são planejados para estarem dentro do escopo das reivindicações se possuírem elementos estruturais que não os diferenciem a partir da linguagem literal das reivindicações, ou se os mesmos incluírem elementos estruturais equivalentes com diferenças insubstanciais a partir das linguagens literais das reivindicações.

Claims (20)

1. SISTEMA DE CILINDRO DE POTÊNCIA PARA UM MOTOR DE RECIPROCAÇÃO, caracterizado pelo fato de que compreende: - um pistão configurado para se mover em um cilindro do motor de reciprocação; - uma ranhura mais de topo que se estende circunferencialmente ao redor do pistão abaixo de uma superfície de apoio de topo do pistão e configurada para sustentar um anel de topo que tem uma face circunferencial interna, em que um espaço é definido entre uma porção da ranhura mais de topo e a face circunferencial interna do anel de topo enquanto o anel de topo é posicionado na ranhura mais de topo; - uma ranhura mais de fundo que se estende circunferencialmente ao redor do pistão e separada da ranhura mais de topo ao longo de um eixo geométrico axial do pistão, em que a ranhura mais de fundo é configurada para sustentar um anel de fundo e é desprovida de drenos de óleo; e - um ou mais canais formados na superfície de apoio de topo e configurados para possibilitar a transferência de gases de combustão para o espaço entre a porção da ranhura mais de topo e a face circunferencial interna do anel de topo.

2. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos alguns dentre os um ou mais canais se estende radialmente em uma superfície axialmente orientada da superfície de apoio de topo.

3. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, que compreende o anel de topo, caracterizado pelo fato de que um ou mais canais de anel se estendem radialmente em uma superfície superior do anel de topo em um ou mais locais distintos, e os um ou mais canais de anel são configurados para possibilitar a transferência de gases de combustão para o espaço entre a porção da ranhura mais de topo e a face circunferencial interna do anel de topo.

4. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a ranhura mais de topo e a ranhura mais de fundo são as únicas ranhuras de suporte de anel que se estendem circunferencialmente ao redor do pistão.

5. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o anel de fundo é um anel de óleo que tem uma mola que é configurada para impulsionar o anel de óleo radialmente para fora em direção a uma parede circunferencial interna do cilindro.

6. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende uma ranhura intermediária que se estende circunferencialmente ao redor do pistão entre a ranhura mais de topo e a ranhura mais de fundo, em que um terceiro anel é disposto na ranhura intermediária.

7. SISTEMA DE CILINDRO DE POTÊNCIA PARA UM MOTOR DE RECIPROCAÇÃO, caracterizado pelo fato de que compreende: - um pistão configurado para se mover dentro de um cilindro de maneira reciprocídante; - uma ranhura mais de topo e uma ranhura mais de fundo que se estendem, cada uma, circunferencialmente ao redor do pistão, em que a ranhura mais de topo é posicionada abaixo de uma superfície de apoio de topo; - um anel de topo disposto na ranhura mais de topo, em que um canal se estende em uma superfície superior axialmente orientada da ranhura mais de topo ou uma superfície superior do anel de topo, o canal é configurado para direcionar os gases de combustão para um espaço entre uma face circunferencial interna do anel de topo e uma porção da ranhura mais de topo e o canal tem um primeiro raio; e - um anel de fundo posicionado na ranhura mais de fundo, em que um segundo raio de um dreno de óleo da ranhura mais de fundo é menor do que o primeiro raio.

8. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o canal se estende radialmente na superfície superior do anel de topo ou na superfície superior axialmente orientada da ranhura mais de topo.

9. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o primeiro raio é menor do que aproximadamente 2 milímetros.

10. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que uma razão do segundo raio para o primeiro raio é entre aproximadamente 0,1 e 0,9.

11. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os múltiplos canais que têm uma primeira área em corte transversal total e um ou mais drenos de óleo que têm uma segunda área em corte transversal total, em que a primeira área em corte transversal total é maior do que a segunda área em corte transversal total.

12. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que compreende múltiplos canais que têm, cada um, o primeiro raio e um ou mais drenos de óleo que têm, cada um, o segundo raio, em que um primeiro número dos um ou mais canais é maior do que um segundo número dos um ou mais drenos de óleo.

13. SISTEMA DE CILINDRO DE POTÊNCIA PARA UM MOTOR DE RECIPROCAÇÃO, caracterizado pelo fato de que: - um cilindro que tem uma parede interna que circunda uma cavidade; - um pistão disposto no cilindro e configurado para se mover de uma maneira reciprocante no cilindro; - um anel de topo disposto em uma ranhura mais de topo do pistão, em que um ou mais canais abertos para a ranhura mais de topo stêm uma primeira área em corte transversal total e são configurados para transferir gases de combustão para uma face circunferencial interna do anel de topo para direcionar o anel de topo radialmente para fora em direção à parede interna do cilindro à medida que o pistão se move no cilindro; e - um anel de fundo disposto em uma ranhura mais de fundo do pistão, em que uma segunda área em corte transversal total dos drenos de óleo abertos para a ranhura de fundo é menor do que a primeira área em corte transversal total.

14. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que um primeiro raio de pelo menos um dentre os um ou mais canais é maior do que um segundo raio de pelo menso um dos drenos de óleo.

15. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro raio é menor do que aproximadamente 2 milímetros.

16. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma razão da segunda área em corte transversal total para a primeira área em corte transversal total está entre aproximdamente 0,1 e 0,9.

17. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o sistema é desprovido de drenos de óleo abertos para a ranhura de fundo.

18. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que uma primeira quantidade dos um ou mais canais é maior do que uma segunda quantidade dos drenos de óleo.

19. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o anel de fundo é um anel de compressão que tem um perfil assimétrico.

20. SISTEMA, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o anel de fundo é inclinado radialmente para fora contra a parede interna do cilindro através de uma ou mais molas.