BR112014020382B1

BR112014020382B1 - Anel de pistão para um motor de combustão interna e montagem de cilindro de potência

Info

Publication number: BR112014020382B1
Application number: BR112014020382-2A
Authority: BR
Inventors: Blair Matthew Jenness; Matthew Ryan Pedigo; Troy Kantola
Original assignee: Tenneco Inc.
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-15
Publication date: 2020-09-24
Also published as: JP6230547B2; KR20140125849A; EP2815155A1; KR101968490B1; EP3412940A1; EP2815155B1; CN104220791A; US10125869B2; WO2013123284A1; JP2015508874A; EP3412940B1; CN104220791B; US20130213219A1

Abstract

ANEL DE PISTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA. Trata-se de uma montagem de cilindro de potência para um motor de combustão interna. A montagem de cilindro de potência inclui uma parede de cilindro que tem um canal formado na mesma e um corpo de pistão com uma saia. Um anel de pistão é assentado dentro do canal da parede de cilindro e é vedado contra a saia do corpo de pistão. Especificamente, o anel de pistão tem um corpo de anel com uma face interna que apresenta duas cristas que se estendem radialmente para dentro espaçadas axialmente uma da outra por uma região de vale e a face externa apresenta um sulco que recebe uma mola para induzir as cristas a um engate deslizante com a superfície externa da saia do corpo de pistão. O corpo de anel também tem pelo menos uma porta de drenagem de óIeo que se estende radialmente entre a região de vale da superfície interna e o sulco da face externa para transportar óleo de entre as cristas para o interior do sulco.

Description

ANEL DE PISTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA E MONTAGEM DE CILINDRO DE POTÊNCIA

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de número de série 61/600.329 depositado em 17 de fevereiro de 2012.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO CAMPO DA INVENÇÃO

[0002] A presente invenção refere-se geralmente a motores de combustão interna que têm pelo menos um pistão oscilante dentro de um cilindro e mais particularmente a vedações entre o pistão oscilante e uma parede de cilindro.

TÉCNICA RELACIONADA

[0003] Os típicos motores de combustão interna são dotados de pelo menos um corpo de pistão que oscila dentro de um cilindro de um bloco de motor. Em geral, cada corpo de pistão inclui uma pluralidade de sulcos de anel, em que cada um dos quais recebe e sustenta operacionalmente um anel de pistão. Em operação, os anéis de pistão permanecem nos sulcos de anel e percorrem com seus respectivos corpos de pistão em um movimento de oscilação dentro dos cilindros de um bloco de motor. Dentre outras coisas, os anéis de pistão funcionam para vedar gases de combustão em uma câmara de combustão acima do corpo de pistão, para transferir calor do corpo de pistão para a parede de cilindro, para restringir a passagem de óleo do compartimento de manivela para a câmara de combustão e para fornecer uma película de óleo geralmente uniforme na parede de cilindro. Tais anéis de pistão são tipicamente induzidos com uma força de mola em uma direção radialmente para fora contra a parede de cilindro para estabelecer a vedação entre o corpo de pistão e a parede de cilindro.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0004] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecido um anel de pistão para vedar uma parede de cilindro para um corpo de pistão. O anel de pistão inclui um corpo de anel que se estende sobre um eixo geométrico e tem uma face interna e uma face externa. A face interna apresenta pelo menos duas cristas que se estendem em uma direção radialmente para dentro com as cristas que são espaçadas axialmente uma da outra por uma região de vale. A face externa do corpo de anel apresenta um sulco e uma mola é assentada no sulco. A mola que circunda de modo substancial e circunferencial o corpo de anel e induz o corpo de anel na direção radialmente para dentro para vedar as cristas na face interna contra o corpo de pistão. O corpo de anel também tem pelo menos uma porta de drenagem de óleo que se estende radialmente entre a região de vale da face interna e o sulco na superfície externa para transportar óleo para fora do espaço entre as cristas para o sulco.

[0005] O anel de pistão pode ser assentado em um canal de uma parede de cilindro e vedado contra a saia de um corpo de pistão. Desse modo, o anel de pistão permanece geralmente imóvel e não se move em relação à parede de cilindro durante uma operação do motor. Essa localização permite uma estabilidade aumentada do corpo de pistão conforme o mesmo oscila no cilindro do motor sem comprometer o comprimento da saia, isto é, a saia pode se estender para baixo além da parede de cilindro quando o corpo de pistão está em uma posição de ponto morto inferior. O anel de pistão também é resistente a impacto e tem portas de drenagem para transportar óleo para fora do espaço entre as cristas.

[0006] Outro aspecto da presente invenção fornece uma montagem de cilindro de potência. A montagem de cilindro de potência inclui uma parede de cilindro que tem um canal formado na mesma e o canal se estende de modo circunferencial ao redor da parede de cilindro. A montagem de cilindro de potência também inclui um corpo de pistão que tem uma saia e pelo menos uma porção da saia tem uma superfície externa que se estende continuamente ao redor de uma circunferência. Um anel de pistão está disposto no canal da parede de cilindro e o anel de pistão tem um corpo de anel que se estende sobre um eixo geométrico e tem uma face interna e uma face externa. A face interna tem pelo menos duas cristas que se estendem em uma direção radialmente para dentro. As cristas são espaçadas umas das outras por uma região de vale e a face externa do corpo de anel apresenta um sulco. O anel de pistão inclui adicionalmente uma mola que circunda de modo substancial e circunferencial o corpo de anel e é assentada no sulco na face externa. A mola induz o corpo de anel na direção radialmente para dentro para vedar as cristas contra a porção contínua de modo circunferencial da saia do corpo de pistão. O corpo de anel também tem pelo menos uma porta de drenagem de óleo que se estende radialmente entre a região de vale da face interna e o sulco da face externa para transportar óleo de entre as cristas para o sulco.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] Esses e outros recursos e vantagens da presente invenção serão prontamente apreciados visto que os mesmos se tornam mais bem entendidos a título de referência à descrição detalhada a seguir quando considerada em conjunto com os desenhos anexados, em que:

[0008] A Figura 1 é uma vista em elevação e perspectiva de uma modalidade exemplificativa de um anel de pistão;

[0009] A Figura 2 é uma vista em corte de uma modalidade exemplificativa de uma montagem de cilindro de potência e que inclui o anel de pistão da Figura 1 e que mostra um corpo de pistão em uma posição de ponto morto superior;

[0010] A Figura 3 é outra vista em corte da modalidade exemplificativa da montagem de cilindro de potência com o anel de pistão da Figura 1 e que mostra o corpo de pistão em uma posição de ponto morto inferior;

[0011] A Figura 4 é uma vista fragmentada e em corte transversal que mostra o anel de pistão da Figura 1 disposto dentro de um canal de uma parede de cilindro e em engate de vedação com um corpo de pistão;

[0012] A Figura 5 é uma vista ampliada e em corte transversal que mostra uma porção do anel de pistão da Figura 1;

[0013] A Figura 6 é uma vista em elevação frontal de um corpo de anel do anel de pistão da Figura 1; e

[0014] A Figura 7 é uma vista em elevação superior do corpo de anel do anel de pistão da Figura 1.

DESCRIÇÃO DA MODALIDADE DE VIABILIZAÇÃO

[0015] Em referência às Figuras, em que os numerais similares indicam as partes correspondentes por todas as várias vistas, uma modalidade exemplificativa de um anel de pistão 20 para vedar um corpo de pistão 22 para uma parede de cilindro 24 de uma montagem de cilindro de potência 26 de um motor de combustão interna é geralmente mostrada na Figura 1. Agora, em referência às vistas em corte transversal das Figuras 2 e 3, o anel de pistão exemplificativo 20 é mostrado como instalado em uma montagem de cilindro de potência 26 de um motor de combustão interna que tem um bloco de motor 28 e um forro de cilindro de duas peças 30 que juntos apresentam uma parede de cilindro que se estende axialmente 24 que tem um canal 32 que se estende de modo substancial e circunferencial ao redor da parede de cilindro 24. Especificamente, na modalidade exemplificativa, o anel de pistão 20 é disposto entre as extremidades das peças de forro de cilindro 30 que são espaçadas axialmente uma das outras para apresentar o canal supracitado 32. No entanto, deve ser apreciado que o canal 32 pode ser formado dentro da parede de cilindro 24 através de uma gama de maneiras diferentes. Por exemplo, o canal 32 pode ser formado diretamente no bloco de motor 28 sem qualquer forro de cilindro 30. O anel de pistão exemplificativo 20 é mostrado instalado em um motor de ignição de compressão abastecido com diesel; no entanto, deve ser apreciado que o anel de pistão 20 pode alternativamente ser usado em uma gama de tipos diferentes de motores de combustão interna que incluem, por exemplo, motores de ignição por faísca ou motores de dois pistões opostos de modo horizontal por cilindro.

[0016] Ainda em referência às Figuras 2 e 3, o corpo de pistão 22 da montagem de cilindro de potência exemplificativa 26 inclui um ou mais anéis de pistão superiores 34 (em que uma pluralidade é ilustrada na modalidade exemplificativa) que são carregados em sulcos de anel associados formados na parede externa do corpo de pistão 22. O corpo de pistão 22 também tem uma saia 36 que depende da região de anel de pistão 20 e ajuda a guiar o corpo de pistão 22 durante uma oscilação dentro do cilindro durante uma operação do motor. Pelo menos uma porção da saia 36 é geralmente em formato de cilindro e tem uma superfície externa que se estende continuamente ao redor de uma circunferência. Essa porção da saia 36 é dimensionada para estar próximo ao diâmetro interno da parede de cilindro 24, mas relativamente menor que o mesmo de modo que exista um vão de operação 38 dentro da mesma. O corpo de pistão 22 é acoplado por um pino de cruzeta (não mostrado) ou um tipo similar de dispositivo de conexão para uma haste de conexão 40, que por sua vez é acoplada a um virabrequim (não mostrado) ou um mecanismo similar.

[0017] Ainda em referência às Figuras 2 e 3, na localização no canal 32 da parede de cilindro 24, o anel de pistão exemplificativo 20 é montado de maneira imóvel em relação ao bloco de motor 28 e é vedado contra a superfície externa da saia 36 do corpo de pistão 22 para estabelecer uma vedação firme de fluido e gás entre a parede de cilindro 24 e o corpo de pistão 22. O anel de pistão 20 tem uma face interna 42 (mais bem mostrado na Figura 4) que está em contato concorrente com a saia 36 do corpo de pistão 22 durante uma operação do motor para vedar os gases de combustão na câmara de combustão em um lado do corpo de pistão 22 e para vedar óleo no outro lado do corpo de pistão 22, por exemplo, em um compartimento de manivela (não mostrado) ou qualquer outra câmara de óleo. Durante a operação do motor, o corpo de pistão 22 se move para cima e para baixo dentro da parede de cilindro 24 entre uma posição de ponto morto superior mostrada na Figura 2 e uma posição de ponto morto inferior mostrada na Figura 3. Conforme mostrado, o anel de pistão exemplificativo 20 permanece em engate de vedação com a porção contínua de modo circunferencial da saia 36 para manter a vedação firme de óleo e gás durante a faixa do corpo de pistão 22 de curso. A localização do anel de pistão 20 no canal 32 da parede de cilindro 24 permite uma estabilidade aumentada do corpo de pistão 22 visto que o mesmo oscila no cilindro do motor sem comprometer o comprimento da saia 36, isto é, a saia 36 pode se estender para baixo no compartimento de manivela (não mostrado) quando o corpo de pistão 22 está na posição de ponto morto inferior.

[0018] Novamente em referência à Figura 1, o anel de pistão exemplificativo 20 inclui um corpo de anel 44 que se estende sobre um eixo geométrico e tem extremidades que são separadas umas das outras por um vão de anel 46. Agora, em referência à Figura 4, o corpo de anel 44 tem uma face interna 42 com um par de cristas 48 que são espaçadas axialmente umas das outras e se estendem em uma direção radialmente para dentro. Conforme mostrado, quando instaladas em uma montagem de cilindro de potência 26, essas cristas 48 engatam diretamente e de forma deslizante na porção contínua de modo circunferencial da superfície externa do corpo de pistão 22 para estabelecer a vedação firme de óleo e gás entre a parede de cilindro 24 e o corpo de pistão 22. Entre as cristas 48, a face interna 42 do corpo de anel exemplificativo 44 inclui uma região de vale geralmente plana 50. Na modalidade exemplificativa, as superfícies superiores e inferiores das cristas 48 são posicionadas em ângulo em relação à direção radial. Essas superfícies podem ser dispostas em ângulos similares ou diferentes em relação à direção radial. Por exemplo, na modalidade exemplificativa, as superfícies das cristas 48 mais próximas à região de vale 50 são dispostas em aproximadamente um ângulo de dez graus em relação à direção radial e as superfícies das cristas 48 (em oposição à região de vale 50) mais distantes da região de vale 50 são dispostas em um ângulo de aproximadamente vinte graus em relação à direção radial. Na modalidade exemplificativa, as porções da face interna 42 acima e baixo das cristas 48 são também dispostas a um ângulo em relação à direção radial por aproximadamente oitenta graus. Deve ser apreciado que essas superfícies podem ser dispostas em quaisquer ângulos adequados em relação à direção radial ou axial e podem ter quaisquer dimensões adequadas. Ademais, na modalidade exemplificativa, as interseções das diversas superfícies da face interna 42 são arredondadas ou de feitio redondo. No entanto, deve ser apreciado que essas interseções podem alternativamente ser agudas, isto é, não são arredondadas.

[0019] Ainda em referência à Figura 4, o lado do corpo de anel 44 oposto à face interna 42 é uma face externa 52 que apresenta um sulco geralmente em forma de V 54. O anel de pistão 20 inclui uma mola de bobina 56 que é assentada no sulco 54 e que circunda de modo substancial e circunferencial o corpo de anel 44. A mola de bobina 56 exerce uma força de indução contra o corpo de anel 44 para induzir as cristas 48 da face interna 42 contra a superfície externa do corpo de pistão 22 e estabelecer a vedação firme de óleo e gás supracitada entre a parede de cilindro 24 e o corpo de pistão 22.

[0020] Agora, em referência à Figura 6, o corpo de anel 44 do anel de pistão exemplificativo 20 inclui uma pluralidade de portas de drenagem de óleo 58 que são espaçadas de modo circunferencial umas das outras ao longo do comprimento do corpo de anel 44. Conforme mostrado na Figura 4, as portas de drenagem de óleo 58 se estendem radialmente entre as faces internas e externas 42, 52 do corpo de anel 44 para transportar óleo para fora do espaço entre as cristas 48. Especificamente, as portas de drenagem de óleo 58 se estendem radialmente entre a porção de vale da face interna 42 e o sulco 54 da face externa 52. Os espaços entre as bobinas da mola de bobina 56 permitem que o óleo flua através das portas de drenagem de óleo 58 do espaço entre as cristas 48 para o outro lado do corpo de anel 44. O óleo pode, então, ser drenado de volta para o compartimento de manivela ou para a câmara de óleo abaixo do corpo de pistão 22 durante o curso para cima do corpo de pistão 22.

[0021] O corpo de anel 44 pode ser formado através de qualquer processo de produção desejável e pode ser de qualquer material desejável incluindo, por exemplo, ferro fundido ou aço. O corpo de anel 44 pode também tanto ser sem revestimento ou pode ter um revestimento resistente a desgaste (tal como cromo, cromo com cerâmica de óxido de alumínio [CKS], cromo com microdiamante [GDC], etc.) aplicado a pelo menos sua face interna 42.

[0022] A descrição exemplificativa das modalidades tem a intenção de ser ilustrativa e não limitante da invenção. As variações e modificações à modalidade revelada podem se tornar evidentes àqueles versados na técnica e estão dentro do escopo da invenção.

Claims

Anel de pistão (20) para vedar uma parede de cilindro (24) a um corpo de pistão (22), compreendendo:
um corpo de anel (44) que se estende sobre um eixo geométrico e tem uma face interna (42) e uma face externa (52), em que a dita face interna apresenta pelo menos duas cristas (48) que se estendem em uma direção radialmente para dentro, em que as ditas cristas (48) são espaçadas uma da outra por uma porção de vale (50) e a dita face externa (52) apresenta um sulco (54);
uma mola (56) que circunda de modo substancial e circunferencial o dito corpo de anel (44) e é assentada no dito sulco (54) na dita face externa (52) e induz o dito corpo de anel (44) na dita direção radialmente para dentro para vedar as ditas cristas (48) contra o corpo de pistão (22); e
o dito corpo de anel (44) tem pelo menos uma porta de drenagem de óleo (58) que se estende radialmente entre a dita região de vale (50) da dita face interna (42) e o dito sulco (54) na dita face externa (52) para transportar óleo de entre as ditas cristas (48) para o dito sulco (54),
em que a mola (56) é uma mola de bobina,
o anel sendo caracterizado pelo fato de que o corpo de anel (44) é formado de uma única peça.
Anel de pistão (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita pelo menos uma porta de drenagem de óleo (58) no dito corpo de anel (44) é adicionalmente definida como uma pluralidade de portas de drenagem de óleo (58) espaçadas de modo circunferencial uma da outra.
Anel de pistão (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as ditas pelo menos duas cristas (48) que se estendem para dentro na dita face interna (42) do dito corpo de anel (44) são adicionalmente definidas como um par de duas cristas (48) que se estendem para dentro.
Anel de pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito corpo de anel (44) tem um vão (46).
Anel de pistão (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito corpo de anel (44) não é revestido.
Anel de pistão (20), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito corpo de anel (44) é de ferro fundido ou aço.
Montagem de cilindro de potência (26), compreendendo:
uma parede de cilindro (24) que tem um canal formado na mesma, em que o dito canal se estende de modo substancial e circunferencial ao redor da parede de cilindro (24);
um corpo de pistão (22) que tem uma saia e em que pelo menos uma porção de uma superfície externa da dita saia se estende continuamente ao redor de uma circunferência;
um anel de pistão (20) disposto no dito canal da dita parede de cilindro (24);
o dito anel de pistão (20) tendo um corpo de anel (44) que se estende sobre um eixo geométrico e tem uma face interna (42) e uma face externa (52), em que a dita face interna tem pelo menos duas cristas (48) que se estendem em uma direção radialmente para dentro, em que as ditas cristas (48) são espaçadas uma da outra por uma região de vale e a dita face externa (52) apresenta um sulco (54);
o dito anel de pistão (20) incluindo adicionalmente uma mola (56) que circunda de modo substancial e circunferencial o dito corpo de anel (44) e é assentado no dito sulco (54) na dita face externa (52), em que a dita mola (56) induz o dito corpo de anel na dita direção radialmente para dentro para vedar as ditas cristas (48) contra a dita porção contínua de modo circunferencial da dita saia do dito corpo de pistão (22); e
o dito corpo de anel (44) tendo pelo menos uma porta de drenagem de óleo (58) que se estende radialmente entre a dita região de vale da dita face interna (42) e o dito sulco (54) da dita face externa (52) para transportar óleo de entre as ditas cristas (48) para o dito sulco (54),
em que a mola (56) é uma mola de bobina,
caracterizada pelo fato de que o corpo de anel (44) é formado de uma única peça.
Montagem de cilindro de potência, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a dita pelo menos uma porta de drenagem de óleo (58) no dito corpo de anel (44) é adicionalmente definida como uma pluralidade de portas de drenagem de óleo (58) espaçadas de modo circunferencial umas das outras.
Montagem de cilindro de potência (26), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que as ditas pelo menos duas cristas (48) que se estendem para dentro na dita face interna (42) do dito corpo de anel (44) são adicionalmente definidas como um par de duas cristas (48) que se estendem para dentro.
Montagem de cilindro de potência (26), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o dito corpo de anel (44) tem um vão (46).
Montagem de cilindro de potência (26), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o dito corpo de anel (44) não é revestido.
Montagem de cilindro de potência (26), de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o dito corpo de anel (44) é de ferro fundido ou aço.