BR112019014140A2

BR112019014140A2 - Pistão de motor de combustão, motor a calor, processo de revestir um pistão e processo para implementar um motor a calor

Info

Publication number: BR112019014140A2
Application number: BR112019014140-5A
Authority: BR
Inventors: Prost Fabrice; Heau Christophe; Montelimard Romain
Original assignee: H.E.F.
Priority date: 2017-01-11
Filing date: 2018-01-10
Publication date: 2020-02-11
Also published as: MA47263A; WO2018130779A1; JP2020504268A; BR112019014140B1; CN110249163A; EP3568616A1; KR20190102206A; FR3061756A1; RU2717178C1; US11098674B2; CA3048544A1; KR102413478B1; US20210123395A1; FR3061756B1; MX2019008236A; MY197882A; JP7113848B2; CN110249163B

Abstract

a presente invenção se refere a um pistão de motor de combustão (1), que compreende: uma saia (2) para guiar o pistão (1) em translação ao longo de um eixo central (x1) em uma contraparte (c) e que consiste em uma primeira área de contato (z2) do pistão (1) na contraparte (c), uma cabeça (3) que se estende transversalmente ao eixo central (x1) e é destinado a ser disposto em contato com os gases de combustão, e um transportador de anel (4) que compreende pelo menos dois espaços (11, 12, 13) e pelo menos duas ranhuras (14, 15, 16) destinadas a receber os anéis, incluindo um primeiro espaço (11) adjacente à cabeça (3) e um segundo espaço (12) situado entre o primeiro espaço (11) e a saia (2), caracterizado pelo fato de que os espaços (11, 12, 13) incluem pelo menos um espaço de contato (12) tendo um diâmetro (d12) maior que um diâmetro mínimo (d2) da saia (2) a fim de formar uma segunda área de contato (z4) do pistão (1) na contraparte, e pelo fato de que pelo menos um espaço de contato (12) compreende um revestimento de superfície de redução de atrito (20), formado pelo menos em um setor radial que cobre um ângulo de pelo menos 30 graus, e até em um único setor que cobre um ângulo de 360 graus.

Description

PISTÃO DE MOTOR DE COMBUSTÃO, MOTOR A CALOR, PROCESSO DE REVESTIR UM PISTÃO E PROCESSO PARA IMPLEMENTAR UM MOTOR A CALOR [001] A presente invenção se refere a um pistão para um motor a calor, em particular, para um motor a calor com movimento alternado e combustão interna. A invenção se refere também a um motor a calor que compreende tal pistão. A invenção se refere também a um processo para revestir tal pistão. A invenção se refere, por fim, a um processo para implementar tal motor a calor.

[002] O campo da invenção é aquele de pistões para motores a calor, em particular, motores a calor com movimento alternado e combustão interna.

[003] De uma maneira conhecida, tal pistão compreende uma saia, uma cabeça e um transportador de anel. No interior do motor, o pistão é acionado em um movimento translacional alternado na camisa do bloco de cilindro. A saia é fornecida para guiar o pistão na camisa. A cabeça é fornecida para ser disposta em contato com os gases de combustão e para receber as forças devido à dita combustão. O transportador de anel está localizado entre a saia e a cabeça. O transportador de anel compreende espaços e ranhuras alternadas, que são fornecidas para receber anéis.

[004] Os ciclos de medição atuais de poluição/consumo de veículo, como o NEDC (Novo Ciclo de Condução Europeu), têm causado uma tendência de redução tamanho de motor. Os novos motores têm um deslocamento de polegada cúbica menor enquanto desenvolvem tanta potência.

[005] Até 2017, o novo WLTP (Procedimento Mundial Harmonizado de Teste de Veículos Leves) favorecerá motores de alta potência.

[006] Assim, isso resulta em uma potência de deslocamento iso e, portanto, um aumento nas tensões térmicas e mecânica no interior das câmaras de combustão. O resultado é a substituição gradual dos pistões, que, atualmente, são feitos principalmente de liga de alumínio para veículos leves

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[007] A fim de limitar o impacto dessa alteração no peso dos pistões tanto quanto possível, sua geometria é modificada, levando a pistões curtos. Essa alteração na geometria causa uma alteração do contato de pistão/camisa e, portanto, das zonas de mancai (contato e atrito).

[008] Para veículos equipados com pistões de alumínio, o contato de pistão/luva é otimizado por deposição de um revestimento de grafite na saia.

[009] Para veículos leves de série grande equipados com pistões de aço, a zona revestida é também, de preferência, a saia. Entretanto, parece cada vez mais importante reconsiderar as zonas de mancai do pistão na luva durante seu movimento alternado, o que tendería a diminuir a ação nos espaços do pistão.

[010] Adicionalmente, os pistões de aço são usados principalmente nos motores de veículos industriais, devido ao fato de que pressões de combustão podem atingir 25 MPa (250 bar). Nos últimos anos, não houve maiores alterações no contato de pistão/luva nesses motores.

[011] Os documentos DE 41 13 773 e DE 43 10 491 descrevem pistões que ilustram estado da técnica, dotados com espaços de contato dos quais o diâmetro é igual ao diâmetro da saia.

[012] No documento DE 41 13 773, os espaços de contato incluem um revestimento de espessura variável ao redor do eixo central.

[013] No documento DE 43 10 491, os espaços de contato incluem uma camada espessa de resina sintética. Por exemplo, essa resina sintética é feita de poliamida, que incorpora partículas de grafite e metálicas. A camada de resina tem uma espessura entre 15 e 25 pm.

[014] Esses pistões não são completamente satisfatórios, em termos de redução de desgaste e risco de emperramento.

[015] O objetivo da presente invenção é propor um pistão aprimorado,

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3/17 considerando o contexto acima.

[016] Para esse propósito, o assunto da invenção é um pistão de motor a calor, que compreende:

- uma saia para guiar o pistão em translação ao longo de um eixo central em uma contraparte e consistindo em uma primeira área de contato do pistão na contraparte,

- uma cabeça que se estende transversalmente ao eixo central e é destinado a ser disposto em contato com os gases de combustão, e

- um transportador de anel que compreende pelo menos dois espaços e pelo menos duas ranhuras destinadas a receber os anéis, incluindo um primeiro espaço adjacente à cabeça e um segundo espaço situado entre o primeiro espaço e a saia, caracterizado pelo fato de que os espaços incluem pelo menos um espaço de contato que tem um diâmetro maior que um diâmetro mínimo da saia a fim de formar uma segunda área de contato do pistão na contraparte, e pelo fato de que pelo menos um espaço de contato compreende um revestimento de superfície de redução de atrito, formado pelo menos em um setor radial que cobre um ângulo de pelo menos 30 graus, e até em um único setor que cobre um ângulo de 360 graus.

[017] O requerente observou que, nos novos conceitos de peças móveis, pelo menos um dos espaços do transportador de anel pode se tornar uma zona de contato e atrito com a luva. Tal atrito causa um aumento no consumo de combustível e, portanto, emissões de CO2.

[018] Nesse contexto, a invenção possibilita otimizar o contato de pistão/luva no interior do motor. Ao fornecer um espaço de contato de diâmetro maior, a invenção possibilita definir uma área de contato privilegiada no transportador de anel, complementar à área de contato definida na saia. Ao

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4/17 aplicar um revestimento de superfície, pelo menos nesse espaço de contato, a invenção possibilita reduzir o coeficiente de atrito entre as duas partes em contato e em movimento uma em relação a outra. Adicionalmente, a invenção possibilita reduzir consideravelmente o desgaste e/ou o risco de emperramento.

[019] No contexto da invenção, o diâmetro dos espaços de contato é considerado sem o revestimento enquanto o diâmetro da saia é considerado sem perfurações e reentrâncias.

[020] De acordo com outros recursos vantajosos da invenção, considerados sozinho ou em combinação:

- O pelo menos um espaço de contato tem um diâmetro maior que um diâmetro médio da saia.

- O pistão é um pistão curto, que tem uma altura menor que o diâmetro do mesmo.

- O material-base do pistão é aço. Em outras palavras, a saia, a cabeça e o transportador de anel do pistão são feitos de aço. De preferência, esse aço é um aço forjado.

- O revestimento de superfície de redução de atrito é feito de carbono amorfo do tipo DLC (carbono similar a diamante) a-C:H ou ta-C.

- O pelo menos um espaço de contato inclui pelo menos uma subcamada formada abaixo do revestimento de superfície de redução de atrito.

- O pelo menos um espaço de contato não tem pelo menos uma subcamada formada abaixo do revestimento de superfície de redução de atrito.

- O segundo espaço tem um diâmetro maior que o primeiro espaço.

-Dentre os espaços do transportador de anel, apenas o(s) espaço(s) de contato inclui um revestimento de superfície de redução de atrito.

- O transportador de anel compreende dois espaços de contato.

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- Os dois espaços de contato são o segundo espaço e um terceiro espaço.

- Os dois espaços de contato são o primeiro espaço e o segundo espaço.

- O revestimento de superfície de redução de atrito é formado em um único setor radial que cobre um ângulo de pelo menos 30 graus.

- O revestimento de superfície de redução de atrito é formado sobre dois setores radiais diametricamente opostos em relação ao eixo central e cada um cobre um ângulo de pelo menos 30 graus.

- O ou cada setor radial cobre um ângulo limitado a 30 graus.

- O ou cada setor radial cobre um ângulo limitado a 45 graus.

- O ou cada setor radial cobre um ângulo limitado a 60 graus.

- O ou cada setor radial cobre um ângulo limitado a 90 graus.

- O ou cada setor radial cobre um ângulo limitado a 120 graus.

- O revestimento de superfície de redução de atrito é formado em 360 graus ao redor do eixo central.

- O revestimento de superfície de redução de atrito tem uma rigidez máxima Rz menor ou igual a 2 pm, de preferência menor ou igual a 0,5 pm, por exemplo, obtida por polimento ou lixamento.

- O revestimento de superfície de redução de atrito tem uma espessura, definida radialmente ao eixo central, entre 1 e 5 pm, de preferência entre 2 e 3 pm.

- O revestimento de superfície de redução de atrito tem uma espessura menor ou igual a 10 pm.

- O primeiro espaço não tem revestimento.

- As ranhuras não têm revestimento.

[021] A invenção se refere também a um motor a calor, que compreende um pistão conforme descrito acima e uma contraparte que recebe o pistão.

[022] Por exemplo, a contraparte pode ser feita de aço, aço inoxidável, ferro

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6/17 fundido, liga de alumínio, etc.

[023] De preferência, a contraparte inclui um revestimento de superfície de redução de atrito feita de carbono amorfo do tipo DLC.

[024] Quando o motor a calor é um motor, a contraparte é uma luva.

[025] A luva pode ser uma luva seca, presa a um invólucro do bloco de cilindro.

[026] Alternativamente, a luva pode ser uma luva úmida, removível em relação ao invólucro do bloco de cilindro, com um refrigerante inserido entre a luva e o invólucro.

[027] De preferência, a luva inclui um revestimento de superfície de redução de atrito para reduzir o desgaste e/ou o risco de emperramento. Ainda com mais preferência, esse revestimento é feito de carbono amorfo do tipo DLC. Como um exemplo não limitante, a luva e o revestimento da mesma podem ser de acordo com os ensinamentos do documento WO2013/164690.

[028] O objetivo da invenção é também um processo para revestir um pistão como aquele descrito acima. O processo é caracterizado pelo fato de que o mesmo compreende as etapas a seguir:

- uma etapa para posicionar uma máscara no transportador de anel, e

- uma etapa para deposição localizada de um revestimento de superfície de redução de atrito através da máscara, em pelo menos no pelo menos um espaço de contato.

[029] O objetivo da invenção é também em um processo para implementar um motor a calor conforme descrito acima, caracterizado pelo fato de que a saia e o pelo menos um espaço de contato que incluem o revestimento de superfície de redução de atrito formam as áreas de contato do pistão na contraparte.

[030] A invenção será melhor entendida após a leitura da descrição a

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7/17 seguir, dada apenas como um exemplo não limitante, e feita com referência às figuras anexas em que:

- A figura 1 é uma vista lateral, em seção transversal parcial, de um pistão de acordo com a invenção, do tipo pistão curto, em que um segundo espaço constitui um espaço de contato incluindo um revestimento de superfície;

- A figura 2 é uma vista em perspectiva do pistão da figura 1;

- A figura 3 é uma seção transversal parcial ampliada do transportador de anel, que mostra o segundo espaço tendo um diâmetro maior que a saia, assim como os primeiro e terceiro espaços;

- A figura 4 é uma seção transversal parcial ampliada do segundo espaço, mostrada em uma variante na qual o segundo espaço inclui uma subcamada formada abaixo do revestimento de superfície;

- A figura 5 é uma vista em perspectiva que mostra uma máscara fornecida para cobrir o pistão durante a deposição do revestimento de superfície;

- A figura 6 é uma seção transversal da máscara no plano transversal definido pela linha VI-VI na figura 5;

- As figuras 7, 8 e 9 são seções transversais similares à figura 6 que mostram variantes de máscara;

- A figura 10 é uma vista similar à figura 5 que mostra uma outra variante de máscara;

- As figuras 11 a 14 são seções transversais parciais similares à figura 3 que mostram variantes de pistão diferentes;

- A figura 15 é uma vista em perspectiva similar à figura 2 que mostra uma variante na qual o transportador de anel inclui dois espaços; e

- A figura 16 é uma vista similar à figura 2 que mostra uma variante na qual o pistão é do tipo pistão longo.

[031] As Figuras 1 a 3 mostram um pistão 1 de acordo com a invenção.

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8/17 [032] O pistão 1 é fornecido para equipar um motor a calor, mais especificamente, um motor com movimento alternado e combustão interna. O pistão 1 é disposto em uma luva C de um bloco de cilindro B, mostrado parcialmente apenas na figura 1 com propósitos de simplificação. De preferência, a luva C inclui um revestimento de superfície de redução de atrito R feito de carbono amorfo do tipo DLC.

[033] O pistão 1 é feito de metal, de preferência, aço, liga de alumínio ou formado por uma montagem de peças feitas de materiais metálicos diferentes.

[034] O pistão 1 tem um eixo central longitudinal XI, uma altura H1 definida paralelamente ao eixo geométrico XI e um diâmetro Dl definido radialmente ao eixo XI. O pistão 1 é um pistão curto que tem uma altura H1 menor que seu diâmetro Dl.

[035] O pistão 1 compreende uma saia 2, uma cabeça 3 e um transportador de anel 4. O pistão 1 é fornecido para receber anéis, não mostrados por motivos de simplificação.

[036] Dentro do motor, o pistão 1 é acionado em um movimento translacional alternado ao longo do eixo XI na contraparte formada pela luva C.

[037] Mais especificamente, o pistão 1 se move na luva C de acordo com um movimento translacional principal ao longo do eixo XI, e movimentos secundários que podem ser resumidos em um movimento lateral perpendicular ao eixo XI e um movimento rotacional ao redor de um eixo perpendicular ao eixo XI (movimento de inclinação).

[038] Isso resulta em guiamento do pistão 1 na luva C devido a um contato entre a sua saia 2 e a luva C, contato que pode ser mais pronunciado entre a luva Cea extremidade inferior da saia 2. O movimento de inclinação e as deformações da saia 3 causam também contato entre a luva Cea cabeça 3 e/ou o transportador de anel 4 do pistão 1 no lado de inclinação.

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9/17 [039] A saia 2 é constituída por uma parede tubular global centralizada sobre o eixo XI, que tem um diâmetro externo D2. A saia 2 é fornecida para guiar o pistão 1 na luva C, e constitui uma primeira área de contato Z2 do pistão 1 na luva C. A saia 2 inclui, de preferência, um revestimento de superfície de redução de atrito.

[040] De preferência, o revestimento da saia 2 é feito de carbono amorfo do tipo DLC.

[041] Alternativamente, o revestimento da saia 2 pode ser feito de grafite ou qualquer outro material adequado para a aplicação desejada.

[042] A cabeça 3 é constituída por uma parede que se estende transversalmente ao eixo XI. A cabeça 3 é fornecida para ser disposta em contato com os gases de combustão, e para receber as forças devido à dita combustão.

[043] No exemplo das figuras, a cabeça 3 é constituída por uma parede plana. Alternativamente, a cabeça 3 pode ser constituída por uma parede oca que inclui uma cavidade cega aberta no lado externo.

[044] O transportador de anel 4 está localizado entre a saia 2 e a cabeça 3. O transportador de anel 4 compreende três espaços 11,12 e 13, assim como três ranhuras 14, 15 e 16 fornecidas para receber anéis. Cada espaço 11, 12 e 13 é constituído por uma superfície cilíndrica. Cada ranhura 14, 15 e 16 é constituída por uma superfície cilíndrica retirada em relação aos espaços adjacentes, assim como às duas superfícies planas anulares conectadas aos espaços adjacentes.

[045] O primeiro espaço 11 está localizado na proximidade imediata da cabeça 3 em contato com os gases e o fogo.

[046] O segundo espaço 12 está localizada na parte intermediária do transportador de anel 4 entre a saia 2 e a cabeça 3, enquanto está levemente mais próxima à cabeça 3.

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10/17 [047] O terceiro espaço 13 está localizado próximo à saia 2.

[048] A ranhura 14 está localizada entre os espaços 11 e 12. A ranhura 14 é fornecida para receber o anel de fogo em contato com os gases e o fogo.

[049] A ranhura 15 está localizada entre os espaços 12 e 13. A ranhura 15 é fornecida para receber o anel de vedação, fornecendo vedação total dos gases enquanto bloqueia aqueles que teriam passado pelo anel de fogo.

[050] A ranhura 16 está localizada entre um espaço 13 e a saia 2. A ranhura 16 é fornecida para receber o anel de raspagem, fornecendo raspagem do lubrificante na superfície da luva C.

[051] Nos novos conceitos de partes móveis, o transportador de anel 4 é capaz de se tornar uma segunda área de contato Z4 do pistão 1 na luva C, em outras palavras, uma segunda área de contato e atrito do pistão 1 com a luva C.

[052] Na modalidade da invenção ilustrada nas figuras 1 a 3, o espaço 12 tem um diâmetro D12 maior que um diâmetro mínimo D2 da saia 2. Assim, o espaço 12 é um espaço de contato que constitui a segunda área de contato Z4 do pistão 1 na luva C, além da primeira área de contato Z2 formada pela saia 2. De preferência, o diâmetro D12 é maior que o diâmetro médio D2 da saia 2, que pode deformar durante a operação. Por exemplo, o diâmetro D12 pode ser de 10 a 50 pm maior que o diâmetro D2.

[053] Adicionalmente, um espaço 12 inclui um revestimento de superfície de redução de atrito 20, formado em um setor que cobre um ângulo de 360 graus ao redor do eixo XI. Em outras palavras, o revestimento 20 é depositado sobre toda a circunferência de um espaço 12. O revestimento 20 possibilita reduzir o coeficiente de atrito entre um espaço 12 e a luva C, em contato e em movimento um em relação ao outro. Adicionalmente, o revestimento 20 possibilita reduzir consideravelmente o desgaste e/ou o risco de emperramento.

[054] Conforme mostrado na figura 3, o diâmetro D12 de um espaço 12 é

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11/17 considerado sem o revestimento 20. Por sua vez, o diâmetro D2 da saia 2 é considerado sem os orifícios e reentrâncias.

[055] Mais em geral, no contexto da invenção, o pistão 1 compreende pelo menos um espaço de contato que tem um diâmetro maior que o diâmetro externo mínimo da saia e que inclui um revestimento de redução de atrito formado pelo menos sobre um setor radial que cobre um ângulo de pelo menos 30 graus, e até em um único setor que cobre um ângulo de 360 graus. Em outras palavras, o revestimento se estende ao redor do eixo XI pelo menos sobre um setor radial de 30 graus, no máximo sobre um setor de 360 graus, e pode se estender sobre vários setores radiais, cada um, cobrindo um ângulo de pelo menos 30 graus.

[056] Na modalidade das figuras 1 a 3, o revestimento 20 é formado apenas na superfície de um espaço 12, sem transbordar as ranhuras adjacentes 14 e 15. De fato, para algumas aplicações e/ou para alguns materiais, o revestimento 20 presente nas ranhuras poderia ser submetido a um fenômeno de arrancamento, gerando poluição no contato entre o transportador de anéis 4 e a luva C.

[057] Alternativamente, o revestimento 20 pode ser formado na superfície de um espaço 12 e nas ranhuras adjacentes 14 e 15. Nesse caso, a deposição do revestimento 20 é simplificada.

[058] Adicionalmente, o revestimento 20 é formado sobre toda a altura de um espaço 12, definido paralelamente ao eixo XI.

[059] Alternativamente, o revestimento 20 pode ser formado apenas sobre uma porção da altura de um espaço 12, em particular, no seu centro. Isso possibilita evitar qualquer transbordamento do revestimento 20 nas ranhuras 14 e 15 durante a sua deposição em um espaço 12.

[060] O revestimento 20 tem uma rugosidade mínima Rz menor ou igual a 2 pm, de preferência, menor ou igual a 0,5 pm, por exemplo, obtida por

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12/17 polimento ou lixamento.

[061] O revestimento 20 tem uma espessura, definida radialmente ao eixo XI, de preferência, igual a 2 pm. Alternativamente, a dita espessura pode ser entre 1 e 5 pm, de preferência, entre 2 e 3 pm. A espessura do revestimento 20 pode, em particular, variar como uma função do diâmetro Dl. Por exemplo, no caso em que o pistão 1 equipa um motor de veículo pesado, é concebível para essa espessura atingir até 10 pm. De preferência, o revestimento 20 tem uma espessura constante, definida radialmente ao eixo XI.

[062] Na prática, na área de contato Z4, um espaço 12 pode friccionar contra a luva C sobre um único setor radial, e não sobre toda a sua circunferência. Assim, é suficiente depositar o revestimento 20 em um único setor radial que cobre um ângulo de pelo menos 30 graus.

[063] Alternativamente, na área de contato Z4, um espaço 12 pode friccionar contra a luva C em duas porções diametricamente opostas. Nesse caso, é suficiente depositar o revestimento 20 em setores radiais diametricamente opostos de um espaço 12, cada um cobrindo um ângulo de pelo menos 30 graus.

[064] De acordo com outras alternativas, o revestimento 20 pode ser depositado em dois setores radiais de um espaço 12, cada um cobrindo um ângulo limitado a 45, 60, 90 ou 120 graus ao redor do eixo XI.

[065] O revestimento 20 tem um coeficiente de atrito inferior ao material constituinte do transportador de anel 4. Assim, o atrito entre a luva C e um espaço 12 fornecido com o revestimento 20 é reduzido, comparado com um espaço 12 com falta de revestimento 20.

[066] De preferência, o revestimento 20 é feito de carbono amorfo do tipo DLC. Em outras palavras, o revestimento 20 é uma camada de carbono hibridizado em sp² ou sp³, com ou sem hidrogênio. Por exemplo, o revestimento 20 pode ser feito de ta-C, a-C:H ou ta-C:H. Ademais, de preferência, o

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13/17 revestimento 20 é feito de a-C:H.

[067] Alternativamente, o revestimento 20 pode ser feito de grafite ou qualquer outro material adequado para a aplicação desejada. De preferência, o revestimento 20 é homogêneo.

[068] Na figura 4, o segundo espaço 12 inclui uma subcamada 22 formada abaixo do revestimento de superfície 20. Por exemplo, a dita subcamada 22 inclui uma base de Cr e/ou W e/ou Ni.

[069] As Figuras 5 e 6 mostram um processo de revestimento exemplificativo de um pistão 1 de acordo com a invenção, com o objetivo de depositar o revestimento 20 em um espaço 12.

[070] O processo compreende pelo menos uma etapa para posicionar uma máscara 40 no pistão 1, então, uma etapa para depositar o revestimento 20 em um espaço 12 através da máscara 40. O processo pode incluir outras etapas dentro do escopo da invenção.

[071] A máscara 40 é posicionada no pistão 1 de acordo com um movimento translacional T40 orientado ao longo do eixo XI, conforme ilustrado por uma seta na figura 5. A máscara 40 então cobre pelo menos parte do pistão 1, durante a deposição do revestimento 20.

[072] A máscara 40 compreende uma parte tubular 42 e uma parte plana 43. Quando a máscara 40 é posicionada no pistão 1, a parte 42 cobre o transportador de anel 4 enquanto a parte 43 cobre a cabeça 3.

[073] Na parte plana 42, uma porção intermediária 44 compreende duas fendas diametricamente opostas 45 e 46 assim como duas zonas de junção diametricamente opostas 47 e 48. As fendas 45 e 46 formadas através da máscara 40 permitem a deposição do revestimento 20 em um espaço 12. As áreas 47 e 48 possibilitam conectar as partes 42 e 43.

[074] Conforme mostrado na figura 6, quando a máscara 40 é posicionada

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14/17 no pistão 1, a fenda 45 define um setor com o ângulo αΐ correspondente ao setor radial 21 do revestimento 20, a fenda 46 define um setor com um ângulo ot2 correspondente ao setor radial 22 do revestimento 20, a área 47 define um setor com o ângulo βΐ e a área 48 define um setor com o ângulo β2 ao redor do eixo XI.

[075] A geometria da porção 44 da máscara 40 determina a geometria do revestimento 20. Em particular, a geometria das fendas 45 e 46 determina a cobertura dos setores 21 e 22 do revestimento 20 formado no espaço 12.

[076] No exemplo da figura 6, os ângulos al e a2 medem, cada um, 156 graus. Alternativamente, os ângulos al e a2 podem ter valores diferentes, como uma função da cobertura desejada dos setores 21 e 22.

[077] Ainda no exemplo da figura 6, os ângulos al e a2 são idênticos, como os ângulos βΐ e β2 são idênticos; embora, seja possível considerar fornecer ângulos diferentes para definir os setores 21 e 22.

[078] Assim, a máscara 40 possibilita isolar as partes do pistão 1 que não são fornecidas para revestir, e limitar a deposição do revestimento 20 às porções desejadas de um espaço 12 e da saia 3.

[079] O material da máscara 40 pode ser escolhido de acordo com a técnica de deposição do revestimento 20. Por exemplo, a máscara 40 pode ser feita de aço ou alumínio.

[080] Como um exemplo não limitante, a etapa para depositar o revestimento 20 pode ser executada de acordo com os ensinamentos do documento WO2012/156647.

[081] Dependendo do formato do pistão 1, a natureza dos materiais do pistão 1 e da luva C, e a natureza do contato, o atrito de pistão 1/luva C representa 20 a 30% das perdas por atrito de motor.

[082] Assim, a deposição de um revestimento na saia 2 e o espaço 12 pode

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15/17 ser alavancada em termos de diminuição de atrito e, portanto, de consumo de combustível e emissões de CO2.

[083] Na primeira abordagem, a nova geometria dos pistões deve levar a atribuir entre 5 e 10% das perdas por atrito de motor ao contato entre um espaço 12 e a luva C. Sob essas condições, o revestimento 20 aplicado em um espaço 12 deve possibilitar diminuir as perdas por atrito de motor em cerca de 2 a 5%.

[084] Vantajosamente, o processo de revestimento do pistão 1 pode incluir as etapas a seguir, consideradas sozinhas ou em combinação.

[085] Antes da etapa de posicionamento da máscara 40, o processo pode incluir uma etapa de preparação da superfície do segundo espaço 12, por exemplo, por usinagem ou polimento.

[086] Antes da etapa de deposição do revestimento 20, em geral, antes da etapa de posicionamento da máscara 40, o processo pode incluir uma etapa de lavagem do pistão 1 e, em particular, lavagem de um espaço 12 destinado a receber o revestimento 20.

[087] Após a etapa de deposição do revestimento 20, o processo pode incluir uma etapa de finalização da superfície externa do revestimento 20, por exemplo, por polimento.

[088] Variantes de máscaras 40 para fabricar um pistão 1 de acordo com a invenção são mostrados nas figuras 7 a 10. Por motivos de simplificação, os elementos componentes dessas máscaras 40 comparáveis à máscara 40 das figuras 5 e 6 carregam as mesmas referências numéricas, e apenas as diferenças são doravante delineadas.

[089] Na figura 7, as áreas de junção 47 e 48 são deslocadas radialmente em relação ao restante da máscara 40. Assim, a máscara 40 inclui uma única fenda possibilitando formar o revestimento 20 em um setor com 360 graus ao redor do eixo XI, como para o pistão 1 das figuras 1 a 3.

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16/17 [090] Na figura 8, a máscara 40 inclui uma única fenda 45 que tem um ângulo al de 30 graus. Assim, a máscara 40 possibilita depositar o revestimento em um único setor radial 21 limitado a 30 graus.

[091] Na figura 9, o ângulo al mede 90 graus enquanto o ângulo a2 mede 110 graus. As fendas 45 e 46 têm geometrias diferentes.

[092] Na figura 10, a parte tubular 42 é mais alongada com a finalidade de cobrir a saia 2. Assim, a saia 2 pode receber um revestimento diferente de um espaço 12 ou faltar qualquer revestimento.

[093] Alternativamente, a parte tubular 42 pode ser mais ou menos alongada e, portanto, cobrir uma altura maior ou menor da saia 2.

[094] Outras modalidades de um pistão 1 de acordo com a invenção são mostradas nas figuras 11 a 16. Por motivos de simplificação, os elementos constituintes do pistão 1 comparáveis àqueles da primeira modalidade descrita acima carregam as mesmas referências numéricas e, apenas as diferenças são doravante delineadas.

[095] Na figura 11, o primeiro espaço 11 é o espaço de contato que tem um diâmetro Dll maior que o diâmetro mínimo D2 da saia 2 e fornecido com um revestimento de redução de atrito 10.

[096] Na figura 12, o terceiro espaço 11 é o espaço de contato que tem um diâmetro D13 maior que o diâmetro mínimo D2 da saia 2 e fornecido com um revestimento de redução de atrito 30.

[097] Na figura 13, o primeiro espaço 11 e o segundo espaço 12 são os espaços de contato que tem diâmetros Dll e D12 maiores que o diâmetro mínimo D2 da saia 2 e fornecidos com revestimentos de redução de atrito 10 e 20.

[098] Nesse caso, a máscara 40 usada durante a deposição dos revestimentos 10 e 20 pode incluir duas porções sobrepostas 44, fornecidas com

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17/17 fendas 45 e 46. Alternativamente, os revestimentos 10 e 20 podem ser depositados sucessivamente pelo uso de duas máscaras diferentes 40.

[099] De preferência, o revestimento 10 é feito do mesmo material que o revestimento 20.

[0100] Opcionalmente, um espaço 11 pode incluir pelo menos uma subcamada formada abaixo do revestimento 10, como para o revestimento 20.

[0101] Na figura 14, o segundo espaço 12 e o terceiro espaço 13 são os espaços de contato que têm diâmetros D12 e D13 maiores que o diâmetro mínimo D2 da saia 2 e fornecidos com revestimentos de redução de atrito 20 e 30.

[0102] Na figura 15, o transportador de anel 4 inclui apenas dois espaços 11 e 12 e nenhum espaço 13. Apenas o segundo espaço 12 é fornecido com um revestimento de redução de atrito 20. O transportador de anel 4 recebe um anel de fogo e vedação na ranhura 14 e um anel de raspagem na ranhura 15.

[0103] Na figura 16, o pistão 1 é um pistão longo que tem uma altura H1 maior que seu diâmetro Dl.

[0104] Alternativamente, o pistão 1 pode ter uma altura H1 igual ao diâmetro Dl sem ir além do escopo da invenção.

[0105] Adicionalmente, o pistão 1 e a máscara 40 podem ser configurados diferentemente das figuras 1 a 16 sem ir além do escopo da invenção. Além disso, as características técnicas das várias modalidades e variantes mencionadas acima podem ser, por inteiro ou para algumas das mesmas, combinadas entre si. Assim, o pistão 1 pode ser adaptado em termos de custo, funcionalidades e desempenho.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pistão de motor de combustão (1) que compreende:

- uma saia (2) para guiar o pistão (1) em translação ao longo de um eixo central (XI) em uma contraparte (C) e que consiste em uma primeira área de contato (Z2) do pistão (1) na contraparte (C),

- uma cabeça (3) que se estende transversalmente ao eixo central (XI) e é destinado a ser disposto em contato com os gases de combustão, e

- um transportador de anel (4) que compreende pelo menos dois espaços (11, 12, 13; 11, 12) e pelo menos duas ranhuras (14, 15, 16; 14, 15) destinadas a receber os anéis, incluindo um primeiro espaço (11) adjacente à cabeça (3) e um segundo espaço (12) situado entre o primeiro espaço (11) e a saia (2), caracterizado pelo fato de que os espaços (11, 12, 13; 11, 12) incluem pelo menos um espaço de contato (12; 11; 13; 11, 12; 12, 13) que tem um diâmetro (D12; Dll; D13; Dll, D12; D12, D13) maior que um diâmetro mínimo (D2) da saia (2) a fim de formar uma segunda área de contato (Z4) do pistão (1) na contraparte (C), e em que o pelo menos um espaço de contato (12; 11; 13; 11, 12; 12, 13) compreende um revestimento de superfície de redução de atrito (20; 10; 30; 10, 20; 20, 30), formado pelo menos em um setor radial (21; 22) que cobre um ângulo (al; a2) de pelo menos 30 graus, e até em um único setor que cobre um ângulo de 360 graus.
2. Pistão (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um espaço de contato (12; 11; 13; 11, 12; 12, 13) tem um diâmetro (D12; Dll; D13; Dll, D12; D12, D13) maior que um diâmetro médio (D2) da saia (2).
3. Pistão (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o pistão (1) é um pistão curto, que tem uma altura (Hl) menor que seu

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2/4 diâmetro (Dl).
4. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o material-base do pistão (1) é aço.
5. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o revestimento de superfície de redução de atrito (20; 10; 30; 10, 20; 20, 30) é feito de carbono amorfo do tipo DLC a-C:H.
6. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que o revestimento de superfície de redução de atrito (20; 10; 30; 10, 20; 20, 30) é feito de carbono amorfo do tipo DLC ta-C.
7. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o pelo menos um espaço de contato (12; 11; 13; 11, 12; 12, 13) inclui pelo menos uma subcamada (22) formada abaixo do revestimento de superfície de redução de atrito (20; 10; 30; 10, 20; 20, 30).
8. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que o segundo espaço (12) tem um diâmetro maior que o primeiro espaço (11).
9. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que dentre os espaços (11, 12, 13; 11, 12) do transportador de anel (4), apenas o(s) espaço(s) de contato (12; 11; 13; 11, 12; 12,13) inclui um revestimento de superfície de redução de atrito (20; 10; 30; 10, 20; 20, 30).
10. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o transportador de anel (4) compreende um espaço de contato único (12; 11; 13).
11. Pistão (1), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o espaço de contato único é um segundo espaço (12).
12. Pistão (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9,

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3/4 caracterizado pelo fato de que o transportador de anel (4) compreende dois espaços de contato (11, 12; 12, 13).
13. Pistão (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dois espaços de contato são o segundo espaço (12) e um terceiro espaço (13).
14. Pistão (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que os dois espaços de contato são o primeiro espaço (11) e o segundo espaço (12).
15. Motor a calor, caracterizado pelo fato de que compreende:

- um pistão (1) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14; e

- uma contraparte (C) que recebe o pistão (1).
16. Motor a calor, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a contraparte (C) inclui um revestimento de superfície de redução de atrito (R) feito de carbono amorfo do tipo DLC.
17. Processo para revestir um pistão (1), conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que o processo compreende as etapas a seguir:

- uma etapa para posicionar uma máscara (40) no pistão (1), e

- uma etapa para deposição localizada de um revestimento de superfície de redução de atrito (20; 10; 30; 10, 20; 20, 30) através da máscara (40), em pelo menos no pelo menos um espaço de contato (12; 11; 13; 11, 12; 12, 13).
18. Processo para implementar um motor a calor, conforme definido na reivindicação 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que a saia (2) e o pelo menos um espaço de contato (12; 11; 13; 11, 12; 12, 13) incluindo o revestimento de superfície de redução de atrito (10; 30; 10, 20; 20, 30) constituem as áreas de contato (Z2; Z4) do pistão (1) na contraparte (C).

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19. Invenção de produto, processo, sistema ou uso, caracterizada pelo fato de que compreende um ou mais elementos descritos no presente pedido de patente.