BR112019020573A2

BR112019020573A2 - construção de pistões de várias peças para um motor de pistão oposto

Info

Publication number: BR112019020573A2
Application number: BR112019020573A
Authority: BR
Inventors: G Mackenzie Ryan
Original assignee: Achates Power Inc
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2020-05-19
Also published as: WO2018183954A1; JP2020513084A; EP3577331A1; CN110462196A; US20200018256A1; US20230340924A1

Abstract

um pistão para um motor de pistão oposto de combustão interna inclui uma peça de coroa, uma peça de saia e uma peça externa. a peça de coroa inclui uma primeira região de correia de anel para suportar anéis de compressão e uma superfície de extremidade moldada para formar uma câmara de combustão com uma superfície de extremidade de um pistão oposto. a peça de saia inclui uma parede lateral e um orifício de pino com uma primeira abertura e uma segunda abertura formada na parede lateral. a peça externa inclui uma segunda região de correia de anel para suportar os anéis de controle de óleo. a peça de coroa é unida a uma extremidade superior da parede lateral com uma ou mais costuras de soldagem. a peça externa é unida a uma extremidade inferior da parede lateral com uma costura de solda.

Description

CONSTRUÇÃO DE PISTÕES DE VÁRIAS PEÇAS PARA UM MOTOR DE PISTÃO OPOSTO

PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido contém uma matéria relacionada à matéria dos seguintes pedidos de patente: Pedido de Patente US 13/136,955, depositado em 15 de agosto de 2011, para Construções de Pistão para Motores de Pistão Oposto, agora Patente US N° . 9, 163, 505, emitida em outubro 20,

2015; Pedido de Patente US 13/776,656, depositado em 25 de fevereiro de 2013, para Rolamentos de Diário de Balanço para Motores de Ciclo de Dois Tempos, agora Patente US N°. 9,175,725, emitida em 3 de novembro de 2015; Pedido de Patente US N° . 14/075.926, depositado em 8 de novembro de 2013, para Configuração de Lubrificação para Manter a Pressão do Óleo de Pino em um Motor de Pistão Oposto de Ciclo de Dois Tempos, agora Patente US No. 9,038,593, emitida em 26 de maio de 2015; Pedido de Patente US N° . 14/199, 877, depositado em 6 de março de 2014, para Configurações de Arrefecimento de Pistão Utilizando Óleo Lubrificante de um Reservatório de Rolamento em um Motor de Pistão Oposto, agora Patente US N° . 9, 470,136, emitida em 18 de outubro de 2016; Pedido de Patente US N°. 14/596,855, depositado em 14 de janeiro de 2015, para Arrefecimento de Pistão para Motores de Pistão Oposto, publicado como US 2016/0201544, agora Patente US No. 9,759,119, emitida em 12 de setembro de 2017; e, Pedido de Patente US N°. 15/687,368, depositado em 25 de agosto de 2017, para Arrefecimento de Pistão para Motores com Pistão Oposto, publicado como US 2017/0370273 em 28 de dezembro de 2017.

CAMPO

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[002] O campo é de construções de pistão para motores de combustão interna. Mais especificamente, a invenção refere-se à construção de um pistão de um motor de pistão oposto, que implementa uma configuração de pistão de várias peças com duas regiões de correia de anel.

ANTECEDENTES

[003] Os pistões dos motores de combustão interna de pistão oposto são construídos de maneira diferente dos pistões convencionais que formam câmaras de combustão contra uma cabeça de cilindro. Isto é verdade em particular para motores de pistões opostos em que o movimento dos pistões controlam a abertura e fechamento das portas que permitem que o ar de carga e descarga para fluir para dentro e para fora dos cilindros do motor. Como é descrito em mais detalhes em alguns dos pedidos relacionadas listados acima, podem ser feitas modificações nos pistões dos motores de pistão oposto que permitem o resfriamento, a lubrificação, e a durabilidade do pistão visando objetivos de redução de emissões e desempenho de potência.

[004] Em um motor de pistão oposto de ciclo de dois tempos, há pelo menos um cilindro portado com um par de pistões dispostos para operação em movimento contrário no orificio de cilindro. O movimento de deslize para frente e para trás dos pistões no cilindro é guiado pela superfície de orificio. Em um curso de compressão, os pistões se aproximam para formar uma câmara de combustão entre suas superficies de extremidade em uma zona intermediária do orificio. Em um curso de potência, os pistões se separam em resposta a um evento de combustão. À medida que os pistões deslizam juntos e afastados,

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3/34 conjuntos de anéis internos do pistão instalados nas coroas dos pistões entram em contato com a superfície de orifício para vedar a câmara de combustão, e conjuntos de anéis externos do pistão instalados nas saias do pistão, próximo às extremidades externas das saias, entre em contato a superfície de orifício para controlar o transporte de óleo lubrificante para dentro e para fora do cilindro. 0 movimento do pistão permite que os anéis espalhem o óleo lubrificante sobre a superfície de orifício com o objetivo de reduzir o atrito entre a superfície de orifício por um lado e os anéis e saias dos pistões por outro. Além disso, durante um curso de compressão, quando os pistões estão perto da localização central superior (TC) no cilindro, os anéis externos são posicionados entre as portas de admissão e de exaustão e as extremidades abertas do cilindro, fornecendo uma vedação que mantém o gás do cárter, mistura de óleo, e vapor de misturar com o ar de admissão e os gases de exaustão.

[005] Em alguns casos, os pistões são fornecidos com uma configuração de saia que apresenta uma área de contato minimizada com a superfície de orifício de cilindro, o que reduz o atrito do pistão/orifício e a massa de pistão em benefício do desempenho e durabilidade do motor. A configuração é constituída por um estreitamento da cintura da saia ao longo de um eixo geométrico de pino, entre os conjuntos de anéis de pistão interno e externo. A configuração é ampliada para porções da correia de anel dispostas circunferencialmente na coroa e na base da saia, onde são formadas ranhuras para suportar os conjuntos de anéis interno e externo, respectivamente. Em outros casos,

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4/34 pode ser benéfico aumentar a área de contato entre a saia de pistão e a superficie de orificio de cilindro de modo que a saia apresente uma superficie externa que corresponda mais completamente em forma à superficie de orificio de cilindro. Em tais casos, a configuração da superficie externa da saia pode ter o formato de uma superficie cilíndrica sem estreitamento da cintura da saia ao longo da superficie cilíndrica, entre os conjuntos de anéis interno e externo.

[006] Cada pistão pode ser fabricado a partir de peças separadas que incluem uma coroa e uma saia que são unidas usando técnicas convencionais. Normalmente, as peças da coroa e da saia compreendem materiais soldáveis, como aço, fabricados por fundição, forjamento ou processos equivalentes nos quais são formadas várias estruturas internas e externas. As estruturas internas incluem superficies de união que se estendem circunferencialmente na coroa e na saia, onde as peças são conectadas por meio de soldagem.

[007] Em alguns aspectos, incluindo a configuração da saia com uma área de contato minimizada, a fabricação da peça da saia por forjamento pode apresentar problemas com relação à formação da segunda correia de anel para os anéis externos do pistão. Se uma segunda correia de anel estiver incluida na peça forjada, a espessura da parede da saia deve ser substancial o suficiente para atender aos requisitos de largura radial da correia de anel. Mas, apesar de tudo ser igual, um pistão com uma parede de saia grossa é mais maciço do que um com uma parede de saia fina, o que pode afetar adversamente o desempenho e a eficiência

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5/34 do motor. A usinagem adicional da porção de saia forjada para reduzir a espessura da parede adiciona custo e tempo à construção do pistão que podem não ser justificados na produção em massa. Por conseguinte, existe a necessidade de uma construção de pistão em um motor de pistão oposto de dois tempos que ofereça uma parede de saia fina enquanto suporta uma região de correia de anel externo.

[008] Por outro lado, quando é benéfico maximizar a área de contato entre a saia de pistão e o orificio de cilindro, a capacidade de fabricação pode ser melhorada devido à eliminação da transição na espessura da parede entre a segunda correia de anel e a saia. Por conseguinte, existe a necessidade de uma construção de pistão em um motor de pistão oposto de dois tempos que ofereça uma parede de saia mais espessa enquanto suporta uma região de correia de anel externo.

SUMÁRIO

[009] Em ambos os casos, uma construção única é realizada em um pistão de várias peças de um motor de combustão interna de ciclo de dois tempos, no qual uma peça de coroa tem uma primeira região de correia de anel circunferencial, uma peça de saia tem uma parede lateral com uma primeira e segunda extremidades, e uma peça externa tem uma segunda região de correia de anel circunferencial, em que a peça de coroa é unida à primeira extremidade da peça de saia por duas ou mais primeiras costuras de solda e a peça externa é unida à segunda extremidade da peça de saia por um segunda costura de solda.

[0010] Em algumas implementações, é fornecido um pistão de um motor de pistão oposto de ciclo de dois

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6/34 tempos, no qual o pistão inclui uma peça de coroa e uma peça de saia com uma porção de saia externa. A peça de coroa inclui uma superfície de extremidade com um meio recipiente formado para formar uma câmara de combustão com a superfície de extremidade de um pistão oposto, e uma região de correia de anel de compressão anular. A peça de saia inclui uma parede lateral que define um eixo geométrico longitudinal do pistão, e um orifício de pino com aberturas de orifício espaçadas formadas na parede lateral e alinhadas ao longo de um eixo geométrico de orifício de pino longitudinal que cruza o eixo geométrico de pistão. Duas ou mais costuras de solda internas unem a peça de coroa e uma primeira extremidade da peça de saia. A porção de saia externa inclui uma região de correia de anel de óleo anular. Uma costura de solda externa une a porção de saia externa a uma segunda, extremidade aberta da parede lateral.

[0011] Em algumas implementações, é fornecido um pistão de um motor de pistão oposto de ciclo de dois tempos, no qual o pistão inclui uma peça de coroa e uma peça de saia com uma porção de saia externa. A peça de coroa inclui uma superfície de extremidade com um meio recipiente formado para formar uma câmara de combustão com a superfície de extremidade de um pistão oposto, e uma região de correia de anel de compressão anular. A peça de saia inclui uma parede lateral que define um eixo geométrico longitudinal do pistão, e um orifício de pino com aberturas de orifício espaçadas formadas na parede lateral e alinhadas ao longo de um eixo geométrico de orifício de pino longitudinal que cruza o eixo geométrico

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7/34 de pistão. Duas ou mais costuras de solda internas unem a peça de coroa e uma primeira extremidade da peça de saia. A porção de saia externa inclui uma região de correia de anel de óleo anular. Uma costura de solda externa une a porção de saia externa a uma segunda extremidade aberta da parede lateral.

[0012] Em alguns aspectos, a peça de coroa inclui um primeiro meio de parede interior para definir uma superfície superior de uma galeria de resfriamento circunferencial e a porção interna da peça de saia inclui segundo meio de parede interior para definir uma superfície inferior da galeria de resfriamento circunferencial.

[0013] Em alguns outros aspectos, o meio de recipiente têm um eixo geométrico que se estende entre um par de aberturas formadas diametralmente opostas em uma periferia da superfície de extremidade que pode ser orientada para o eixo geométrico longitudinal de orificio de pino com um ângulo predeterminado entre os dois eixo geométricos.

[0014] Além disso, em outro aspecto relacionado, é fornecido um método para fabricar um pistão para um motor de pistão oposto, no qual o método inclui fornecer uma peça de coroa, fornecer uma peça de saia, fornecer uma peça externa, soldar a peça de coroa e a peça de saia juntas, e soldar a peça externa e a peça de saia juntas. A peça de coroa do pistão fornecida inclui uma parede lateral com uma primeira região de correia de anel. A peça de saia inclui um orificio de pino com um eixo geométrico longitudinal de orificio de pino. O seguinte pode estar presente no método em qualquer combinação adequada. A soldagem da peça de

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coroa e da	peça	de saia	em conjunto	pode	incluir a
orientação do eixo	geométrico dos meios	de	formação da
câmara de	combustão em	relação ao	eixo	geométrico
longitudinal	do	orifício	de pino	com	um ângulo

predeterminado entre os dois eixo geométricos. 0 método pode incluir a transformação de um pedaço de metal usando forjamento para criar a peça de coroa, a peça de saia e/ou a peça externa do pistão. A soldagem da peça de coroa e da peça de saia juntas pode incluir uma ou mais soldas por fricção, soldagem por gás ativo blindado, soldagem a arco de metal blindado, soldagem a arco de tungstênio a gás, soldagem a arco de metal a gás, soldagem com núcleo de fluxo, soldagem a arco submerso, soldagem por eletroescória, soldagem por resistência elétrica, soldagem por pulso magnético, e outros processos de soldagem equivalentes. A soldagem da peça de saia e da peça externa juntas pode incluir uma ou mais soldas por fricção, soldagem a gás ativo blindado, soldagem a arco de metal blindado, soldagem a arco de tungstênio a gás, soldagem a arco de metal a gás, soldagem a arco com núcleo de fluxo, soldagem a arco submerso, soldagem com eletroescória, soldagem por resistência elétrica, soldagem por feixe de laser e soldagem por feixe de elétrons. Soldar a peça de coroa e a peça de saia juntos pode incluir aquecimento por indução da peça de coroa e da peça de saia. Soldar a peça de saia e a peça externa em conjunto pode incluir aquecimento por indução da peça de saia e da peça externa. No método, a peça de coroa pode incluir uma superfície de extremidade com meios de recipiente moldados para formar uma câmara de combustão com uma superfície de extremidade

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9/34 de um pistão oposto em um cilindro de um motor de pistão oposto, e a câmara de combustão pode incluir um eixo geométrico de injeção. Em tais métodos, a soldagem da peça de coroa e da peça de saia em conjunto pode incluir a orientação do eixo geométrico de injeção dos meios de formação da câmara de combustão em relação ao eixo geométrico longitudinal do orificio de pino com um ângulo predeterminado entre os dois eixo geométricos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0015] A FIG. 1 mostra um desenho esquemático de um motor de pistão oposto do estado da técnica.

[0016] A FIG. 2A é uma vista isométrica explodida de um pistão de várias peças exemplar mostrando coroa, saia, e partes externas separadas que devem ser unidas por soldagem. A FIG. 2B é uma vista isométrica que mostra o pistão de várias peças exemplar montado para uso em um motor de pistão oposto.

[0017] A FIG. 3 é uma vista em corte lateral do pistão montado da FIG. 2B tomada ao longo de um eixo geométrico de orificio de pino do pistão.

[0018] A FIG. 4 é uma vista em corte lateral do pistão montado da FIG. 2B levado transversalmente ao eixo geométrico de orificio de pino.

[0019] A FIG. 5 é uma vista plana de uma coroa de pistão mostrando a orientação de um eixo geométrico de injeção de câmara de combustão em relação a um eixo geométrico de orificio de pino.

[0020] A FIG. 6 mostra um método para fabricar um pistão de várias peças para uso em um motor de pistão oposto, como descrito aqui.

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[0021] A FIG. 7A é uma vista isométrica explodida de outro pistão de várias peças exemplar mostrando coroa, saia e partes externas separadas que devem ser unidas por soldagem. A FIG. 7B é uma vista isométrica que mostra o pistão de várias peças exemplar montado para uso em um motor de pistão oposto.

[0022] A FIG. 8 é uma vista em corte lateral do pistão montado da FIG. 7B tomada ao longo de um eixo geométrico de orificio de pino do pistão.

[0023] A FIG. 9 é uma vista em corte lateral do pistão montado da FIG. 7B levado transversalmente ao eixo geométrico de orificio de pino.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0024] As modalidades de pistão de várias peças descritas e ilustradas neste documento são melhorias e modificações de projetos de pistão para motores de ciclo de dois tempos, motores de pistão oposto, por exemplo. Também são descritos métodos para fabricação e uso das configurações de pistão modificadas.

[0025] Um motor de ciclo de dois tempos é um motor de combustão interna que completa um ciclo operacional com uma única rotação completa de um virabrequim e dois tempos de um pistão conectado ao virabrequim. Um exemplo de um motor de ciclo de dois tempos é um motor de pistão oposto no qual dois pistões são dispostos em oposição no orificio de um cilindro. Durante a operação do motor, a combustão ocorre em uma câmara de combustão formada no orificio entre as superficies de extremidade dos dois pistões quando os pistões se movem através das respectivas posições centrais superiores no orificio. Quando usado neste documento, o

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11/34 termo câmara de combustão refere-se ao volume minimo dentro do cilindro que é delimitado pelas superficies finais dos pistões e pela porção anular do orifício entre as superfícies finais durante a operação do motor em cada ciclo de operação do motor.

[0026] Como visto na FIG. 1, um motor de pistão oposto 1 tem pelo menos um cilindro portado 2. Por exemplo, o motor pode ter um cilindro portado, dois cilindros portados, três cilindros portados ou quatro ou mais cilindros portados. Para fins de ilustração, presume-se que o motor 1 tenha uma pluralidade de cilindros portados. Cada cilindro 2 tem um orifício 12. As portas de exaustão e admissão 14 e 16 são formadas nas respectivas extremidades do cilindro, de modo que a porta de exaustão 14 seja longitudinalmente separada da porta de admissão 16. Cada uma das portas de exaustão e admissão 14 e 16 inclui uma ou mais matrizes circunferenciais de aberturas. Os pistões de exaustão e admissão 18 e 20 são dispostos de maneira deslizante no orifício 12 com suas superfícies de extremidade 22 e 24 opostas uma à outra. Os pistões de exaustão 18 são acoplados a um virabrequim 30 e os pistões de admissão 20 são acoplados a um virabrequim 32. Cada um dos pistões é acoplado ao seu virabrequim associado por um conjunto de mancai 26 e uma biela 28. Para esta divulgação, um cilindro pode compreender um orifício ou espaço formado em um bloco de motor ou um revestimento (ou luva) retido em um túnel em um bloco de motor.

[0027] No motor mostrado na FIG. 1, um sistema de lubrificação que fornece óleo para lubrificar as partes móveis do motor 1 inclui um reservatório de óleo 44 a

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12/34 partir do qual o óleo pressurizado é bombeado por uma bomba 42 para uma galeria principal 40. A galeria principal 40 fornece óleo pressurizado aos virabrequins 30 e 32, tipicamente através de perfurações 36 aos mancais principais (não vistos). A partir de ranhuras nos mancais principais, é fornecido óleo pressurizado nas ranhuras nos mancais de extremidade grande das bielas 28. A partir dai, o óleo pressurizado flui através das perfurações 34 nas bielas para os mancais 26. Esse sistema de lubrificação pode estar presente no motor 1 mas não deve ser considerado limitativo em relação à descrição do motor de pistão oposto ou de qualquer um de seus componentes.

[0028] O ciclo operacional de um motor de pistão oposto é bem compreendido. Em resposta à combustão que ocorre entre suas superficies de extremidade 22, 24, os pistões opostos 18 e 20 se afastam dos respectivos locais centrais superiores (TC) no cilindro. Enquanto se deslocam do TC, os pistões mantêm suas portas associadas fechadas até que se aproximem das respectivas posições centrais inferiores (BC). Os pistões podem se mover em fase para que as portas de exaustão e admissão 14, 16 se abram e se fechem em uníssono; alternativamente, um pistão pode liderar o outro na fase; nesse caso, as portas de admissão e exaustão têm diferentes tempos de abertura e fechamento. À medida que os pistões se movem através de suas localizações BC, os produtos de exaustão que saem da porta de escape 14 são substituídos pelo ar de carga que flui para o cilindro através da porta de admissão 16. Depois de atingir BC, os pistões invertem a direção e as portas são novamente fechadas pelos pistões. Enquanto os pistões

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13/34 continuam se movendo em direção a TC, o ar de carga no cilindro 2 é comprimido entre as superficies de extremidade 22 e 24. Cada superfície de extremidade é formada para formar uma câmara de combustão com a superfície de extremidade adjacente do pistão oposto. À medida que os pistões avançam para suas respectivas localizações de TC no orificio de cilindro, o combustível é injetado diretamente através da parede lateral do cilindro pelos bocais 38, no ar de carga comprimido. A mistura de ar de carga e combustível é comprimida na câmara de combustão formada entre as superficies de extremidade 22 e 24 dos pistões 18 e 20. Quando a mistura atinge uma temperatura de ignição, o combustível inflama. Resultados de combustão, afastando os pistões, em direção a seus respectivos locais de BC.

[0029] Construção do pistão: FIGS. 2A e 2B mostram um pistão 200 para um motor de pistão oposto construído de acordo com esta divulgação. A FIG. 2A mostra três peças separadas que são unidas por soldagem ou um processo equivalente para produzir o pistão montado mostrado na FIG. 2B. Um pino é mostrado em alguns desses desenhos para uma compreensão mais clara de certas características de construção do pistão, mas não se destina a limitar o escopo desta divulgação. Um pistão 200 com um eixo geométrico longitudinal 201 compreende uma peça de coroa 210, uma peça de saia 220 com uma parede lateral de pistão 222, e uma peça externa 223. O pistão 200 está configurado para que a peça de saia 220 esteja entre a peça de coroa 210 e a peça externa 223 ao longo do eixo geométrico longitudinal do pistão 201. A peça de coroa 210 e a peça de saia 220 são unidas soldando superficies de união que se estendem

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14/34 circunferencialmente das partes da coroa e da saia em uma extremidade da parede lateral 222. A peça externa 223 e a peça de saia são unidas soldando superficies de união que se estendem circunferencialmente da saia e partes externas em uma extremidade oposta da parede lateral 222.

[0030] A peça de coroa 210 tem uma superfície de extremidade 212 configurada para definir uma câmara de combustão com a superfície de extremidade de um pistão oposto no motor. Na superfície de extremidade 212, existe um recipiente 219 e entalhes 217 que se abrem no recipiente através da borda periférica 213 da peça de coroa. Os entalhes 217 são moldados para orientar a entrada de combustível na câmara de combustão. O recipiente 219 tem um eixo geométrico principal ou longitudinal 214. Neste exemplo, os entalhes 217 são espaçados ao longo do eixo geométrico longitudinal 214 do recipiente, de modo a estarem situados em locais diametralmente opostos na borda periférica 213. O eixo geométrico de recipiente 214 é colinear com um eixo geométrico de injeção da câmara de combustão com referência à qual o combustível é injetado. A forma da superfície de extremidade 212 mostrada nas FIGS. 2A e 2B limitam o escopo desta divulgação apenas na medida em que ela coopera com a superfície de extremidade de um pistão oposto para definir um formato de uma câmara de combustão em um motor de pistão oposto com injeção lateral direta por pelo menos dois injetores. Muitas outras formas de superfície de extremidade são possíveis; ver, por exemplo, e sem limitação, as formas da superfície de extremidade para pistões de motores de pistão oposto que são descritas e ilustradas na patente US 8,800,528, pedido

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US 2013/0213342, pedido WO 2012/158756,	pedido	US
2014/0014063,	pedido US 2015/0122227,	pedido	US
2016/0290224,	e pedido US 2017/0030262.
[0031]	Com referência às FIGS. 2A, 2B,	3 e 4,	uma

terra 221 ocupando uma superfície lateral circunferencial externa da peça de coroa 210 encontra a superfície de extremidade 212 na borda periférica 213. Uma primeira região de correia de anel circunferencial 224 une-se à terra. Em alguns casos preferidos, o pistão 200 é montado antes que as ranhuras de anel sejam formadas na região de correia 224, como sugerido pela FIG. 2A. Em outros casos, a região de correia 224 pode ser ranhurada antes da montagem do pistão. Em qualquer caso, quando o pistão 200 está totalmente montado, a região de correia de anel 224 compreende uma pluralidade de ranhuras de anel nas quais os anéis de compressão (não mostrados) estão assentados. Em alguns casos, uma ranhura de anel também pode ser fornecida na região de correia de anel 224 para um anel de controle de óleo. Neste relatório descritivo, a região de correia de anel 224 é referida como uma região de correia de anel interno porque os anéis de pistão que ele suporta circulam nas regiões mais internas de um orificio de cilindro em uma aplicação tipica de pistão oposto. Como ele suporta anéis de compressão que vedam contra a região da superfície de orificio de cilindro onde a câmara de combustão é formada, a região de correia de anel 224 também pode ser denominada região de correia de anel de compressão. O interior da peça de coroa 210 inclui uma sub-coroa 225. Em alguns aspectos, a sub-coroa 225 inclui estruturas para definir câmaras de resfriamento.

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[0032] A parede lateral de pistão 222 é pelo menos parcialmente cilíndrica e se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal 201 a partir de uma primeira extremidade 226 até uma segunda extremidade 227 da peça de saia 220. A segunda extremidade 227 está aberta. Uma parede interior 228 da saia que é centralizada no eixo geométrico longitudinal 201 está situada dentro da parede lateral 222 perto da primeira extremidade 226. Em alguns aspectos a parede interior 228 inclui estruturas de suporte para um pino e outras estruturas para a definição de câmaras de resfriamento. De preferência, mas não necessariamente a parede interior 228 de um lado define uma porção de um orificio de pino 230 onde um pino 231 é recebido e retido. O orificio de pino 230 inclui aberturas de orificio 232 formadas nas saliências 233 na parede lateral. As aberturas de orificio 232 são alinhadas coaxialmente ao longo de um eixo geométrico de pino comum 241. As saliências 233 são formadas nos recessos 234 na superficie externa da parede lateral 222. Como melhor se vê na FIG. 3, os recessos 234 resultam em um estreitamento tipo ampulheta da parede lateral 222 ao longo do eixo geométrico do orificio de pino 241, o que reduz o atrito entre a parede lateral e a superficie de orificio de cilindro à medida que o pistão se move durante a operação do motor.

[0033] Quando a peça de coroa 210 e a peça de saia 220 são soldadas juntas, uma galeria de resfriamento circunferencial 243 e uma câmara de resfriamento central 245 são definidas entre a parede interior 228 da peça de saia 220 e a sub-coroa 225. Aqui pode ser visto que a provisão da coroa e da saia como peças separadas é uma

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17/34 técnica particularmente útil na construção de pistão. Isso permite que estruturas internas complexas do pistão, como o orifício de pino 230, a galeria de resfriamento 243, e a câmara de resfriamento 245 sejam realizadas por forjamento ou fundição relativamente simples de porções das estruturas na sub-coroa 225 separada e na parede interior 228, que são então reunidos para definir as estruturas interiores quando a peça de coroa 210 e a peça de saia 220 são unidas.

[0034] A peça externa 223 é uma peça essencialmente anular que compreende uma terra 239 ocupando uma superfície lateral circunferencial externa da peça externa 223 que une uma segunda região de correia de anel circunferencial 240. Em alguns casos preferidos, o pistão 200 é montado antes que as ranhuras de anel sejam formadas na região de correia de anel 240, como sugerido pela FIG. 2A. Em outros casos, a região de correia de anel 240 pode ser ranhurada antes da montagem do pistão. Em qualquer caso, a região de correia de anel 240 tem uma pluralidade de ranhuras de anel nas quais os anéis de controle de óleo (não mostrados) estão assentados quando o pistão 200 está totalmente montado. Neste relatório descritivo, a região de correia de anel 240 é referida como uma região de correia de anel externo porque os anéis de pistão que ele suporta circulam nas regiões mais externas de um orifício de cilindro em uma aplicação típica de pistão oposto. Como ele suporta anéis de óleo que limpam o óleo da superfície de orifício de cilindro externo nas extremidades externas do cilindro, a região de correia de anel 240 também pode ser denominada região de correia de anel de óleo.

[0035] Como mostrado nas FIGS. 2B, 3, e 4, quando a

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18/34 peça externa 223 e a peça de saia 220 são soldadas juntas, a região de correia de anel externo 240 define uma extremidade externa aberta da peça de saia 220, e portanto, do pistão 200. Com o pistão 200 montado soldando a peça de coroa 210, a peça de saia 220, e a peça externa 223 juntas, as regiões de correia de anel 224 e 240 ocupam as extremidades circunferenciais respectivas do pistão 200 que são coaxialmente alinhadas e separadas ao longo do eixo geométrico de pistão 201.

[0036] Nas FIGS. 3 e 4, uma linha 250 aproxima os locais preferidos das primeiras costuras de solda entre a peça de coroa 210 e a peça de saia 220. A peça de coroa 210 e a peça de saia 220 podem ser unidas (ou, conectadas) por uma ou mais costuras de solda circunf erenciais em superficies de união que se estendem circunferencialmente nas proximidades da linha 250. No exemplo mostrado, existe uma costura de solda interna 250a entre uma superfície circunferencial radialmente interna 251 (melhor vista na FIG. 2A) em uma nervura circular que se estende a partir da parede interior 228 e uma superfície circunferencial interna correspondente 252 na sub-coroa 225. No exemplo mostrado, há outra costura de solda interna 250b entre uma superfície circunferencial radialmente externa 253 (melhor vista na FIG. 2A) em uma nervura circular que se estende a partir da parede interior 228 e uma superfície circunferencial externa correspondente 254 na sub-coroa 225. De preferência, mas não necessariamente, as primeiras costuras de solda 250a e 250b são alinhadas em um plano de corte contendo a linha 250 que é ortogonal ao eixo geométrico longitudinal do pistão 201 e é formada na mesma

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19/34 etapa de soldagem. No entanto, outros alinhamentos e orientações de costura de solda são contemplados. Muitas técnicas de soldagem de peças de coroa e saia usando costuras de solda circunferenciais para formar galerias e câmaras de resfriamento internas são conhecidas. Veja, por exemplo, a patente US 8,327,537 a esse respeito.

[0037] Como visto na FIG. 3, perto da segunda extremidade 227 da peça de saia 220, na superfície interior da parede lateral 222 existem entalhes 260 que resultam da formação das saliências 233 na porção estreitada 234 da parede lateral 222. A poção estreitada 234 se alarga para as seções anulares na peça de coroa 210 e na peça externa 223, onde são formadas ranhuras nas regiões de correia de anel interno e externo 224 e 240, respectivamente. Os entalhes 260 dificultariam a fabricação da peça de saia 220 e da peça externa 223 como uma única peça forjada. No entanto, os entalhes 260 podem ser formados fabricando a

peça de	saia 220	e a	peça	externa	223	separadamente,
forjando,	por exemplo,	com	porções	dos	entalhes	260
formados	nas duas	partes	220	e 223, e	depois soldando	as
duas partes 220 e	223 juntas	ao longo	das	superficies	de

união correspondentes que se estendem circunferencialmente. Além de simplificar a fabricação da peça de saia com o orificio de pino e a peça de saia estreitada 234, são obtidas outras vantagens.

[0038] Em uma primeira vantagem, a peça externa 223 pode ser fabricada como uma peça anular, com simetria circunferencialmente uniforme, o que elimina uma etapa de registro entre a peça de saia 220 e a peça externa 223 quando unida por soldagem.

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[0039] Uma segunda vantagem pode ser vista na FIG. 4, em que a parede lateral 222 pode ser feita com uma largura radial relativamente fina W1 nas porções nãoestreitada da saia 222 por meio de uma etapa de forjamento por exemplo, de modo a reduzir a massa do pistão 200. A este respeito, a largura radial W1 da parede lateral 222 na porção não-estreitada é menor do que a largura radial W2 da segunda região de correia de anel 240.

[0040] Com referência às FIGS. 3 e 4, a peça de saia 220 e a peça externa 223 são unidas (ou conectadas) por uma segunda costura de solda 270. A costura de solda 270 é formada entre uma extremidade livre que se estende circunf erencialmente 272 da peça de saia 220 e uma extremidade livre que se estende circunferencialmente 274 da peça externa 223 (melhor vista na FIG. 2B). As extremidades livres 272 e 274 têm superficies de união que se estendem circunferencialmente respectivas, as quais são posicionadas em alinhamento e soldadas juntas, preferencialmente por meio de um processo de soldagem por fricção, embora isso não pretenda ser limitativo.

[0041] Em alguns aspectos, que podem ser apreciados em relação às FIGS. 2A e 2B, a peça de coroa 210 pode ter que ser registrada (ou, cronometrada) em relação à peça de saia 220 em preparação para fazer as primeiras costuras de solda. Por exemplo, a peça de coroa 210 pode ter que ser posicionada em relação à peça de saia 220 de modo que exista uma orientação predeterminada entre o eixo geométrico da câmara de combustão 214 e o eixo geométrico do orificio de pino 241 quando as duas partes são soldadas. Neste caso, os entalhes diametralmente opostos 217, que

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21/34 estão alinhados ao longo do eixo geométrico 214, terão uma orientação especifica para o orificio de pino 230 e portanto para a peça de saia 220, o que pode ser critico para a colocação de injetores de combustível em um bloco de cilindro de um motor de pistão oposto, dependendo dos requisitos de tamanho e peso. Com referência à FIG. 5, o ângulo 0 entre o eixo geométrico de injeção da câmara de combustão 214 e o eixo geométrico de orificio de pino 241 pode estar entre 30 graus e 90 graus. Em algumas implementações, o ângulo 0 entre os eixo geométricos pode estar entre 30 e 35 graus; o ângulo 0 entre o eixo geométrico de recipiente 214 e o eixo geométrico longitudinal do orificio de pino 241 pode ser de 32 graus. Como alternativa, dependendo da configuração de outros componentes no motor, o ângulo 0 entre os eixo geométricos pode estar entre 45 e 55 graus; o ângulo 0 pode ser 58 graus .

[0042] O pistão 200 mostrado nas FIGS. 2A, 2B, 3 e 4 pode ser fabricado a partir de três ou mais peças forjadas que são acabadas ou parcialmente acabadas e depois unidas (por exemplo, soldadas) como nas FIGS. 3 e 4. Os materiais e métodos de construção do pistão 200 podem ser convencionais para uso médio e/ou pesado ou para aplicações de grande diâmetro. Por exemplo, a peça de coroa 210 e a peça de saia 220 podem ser formadas separadamente de materiais compatíveis (por exemplo, coroa de aço forjado, peça de saia de ferro fundido) e unidas por soldagem ou brasagem. Outros materiais podem incluir estruturas laminadas, estruturas hibridas, estruturas compostas e similares, incluindo revestimentos de barreira térmica,

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22/34 compósitos de cerâmica-metal (por exemplo, cermets), ligas metálicas de alta temperatura, superficies abaladas/estruturadas a laser e similares.

[0043] Em um pistão para uso em um motor de pistão oposto, a peça de coroa pode incluir uma coroa de base de metal forjado, com um formato que inclui o recipiente, a sub-coroa e outros recursos que podem se quase acabados em dimensões. Os revestimentos podem ser aplicados nas superficies das peças de base forjadas (ou seja, a peça de coroa da base, a peça de saia da base, a peça externa da base). Os revestimentos podem ser um revestimento de barreira térmica, um revestimento de prevenção de oxidação, um revestimento de retenção de óleo e similares. As peças de base forjadas podem ser projetadas para facilitar o processo de forjamento e exigir pouca ou nenhuma (ou seja, minima) usinagem e acabamento após o forjamento. Os revestimentos mencionados acima podem ser aplicados na peça de coroa, na peça de saia e na peça externa antes ou depois da soldagem dessas peças.

[0044] Forjar peças de metal, principalmente aços, requer considerações de projeto, conhecidas no estado da técnica de usinagem de metais. Algumas dessas considerações de projeto incluem rascunho, ou conicidade nas paredes laterais e nos filetes internos. As peças forjadas também terão alterações distintas na estrutura de grão ou cristal do metal, e muitas vezes o forjamento é usado para conferir características de resistência às peças forjadas que podem não estar presentes nas peças de metal usinadas ou fundidas.

[0045] As construções de pistão descritas aqui

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23/34 acima podem ser combinadas com a seleção de materiais que podem facilitar a fabricação, custos mais baixos, e/ou peso menor sem muito, se houver, sacrifício no desempenho do pistão. Em algumas implementações, a peça de coroa de um pistão pode incluir um metal ou liga de metal que possui alta resistência a alta temperatura. Além disso, ou alternativamente, a saia e as partes externas de um pistão podem incluir materiais de pistão convencionais. Os materiais que podem ser usados na fabricação do pistão incluem: aço fundido para investimento 4140, aço inoxidável, aço carbono lOxx para investimento, aço carbono fundido em areia, ferro dúctil fundido em areia, ferro dúctil austemperado, ferro fundido compactado fundido em areia, ferro fundido cinzento, qualquer tipo de aço

classificado	SAE,	titânio, uma	liga Inconel,	uma	liga
Hastelloy® ou uma	combinação dos	mesmos.
[0046]	Em	implementações	em que a peça de	coroa de
um pistão é	feita	de um material	diferente do que	a saia e
as partes	externas, ou onde	a fabricação	pode	ser
simplificada	fabricando o pistão	em vários segmentos,	uma
ou mais técnicas	de união podem	ser usadas para	mont	ar o

pistão. Uma técnica de soldagem usada para unir as artes de um pistão de acordo com as FIGS. 3 e 4 podem incluir solda por fricção, soldagem a gás ativo blindado, soldagem a arco de metal blindado, soldagem a arco de tungstênio a gás, soldagem a arco de metal a gás, soldagem a arco de núcleo de fluxo, soldagem a arco submerso, soldagem por eletroescória, e/ou soldagem por resistência elétrica. Além disso, ou alternativamente, o aquecimento por indução de duas partes a serem unidas pode ser usado juntamente com o

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24/34 posicionamento preciso das duas partes, particularmente quando o posicionamento relativo preciso afeta o funcionamento do motor de pistão oposto, como quando a superfície de extremidade do pistão possui características assimétricas.

[0047] Exemplo 1 de material: Presume que um pistão de três partes foi projetado para um motor de pistão oposto no qual a superfície de extremidade sofrerá pressões de pico de cilindro superiores a 200 bar (20 MPa) . A fim de obter uma construção durável e de alta resistência, a peça de coroa pode ser uma peça forjada que compreende aço 4140, a peça de saia pode ser uma peça forjada que compreende aço 4140, e a peça externa pode ser cortada do estoque de tubos que compreende um aço resistente ao desgaste, soldável, e usinado para obter os recursos desejados. Em alguns casos pode ser desejável forjar a peça externa a partir de uma peça que compreende um material de aço soldável e resistente ao desgaste.

[0048] Exemplo de material 2: Suponha que um pistão de três partes seja projetado para um motor de pistão oposto no qual a superfície de extremidade sofrerá pressões de pico de cilindro menores ou iguais a 200 bar (20 MPa). A fim de obter uma construção durável com resistência adequada, a peça de coroa pode ser uma peça forjada que compreende um aço microligado, a peça de saia pode ser uma peça forjada que compreende um aço microligado e a peça externa pode ser cortada do estoque de tubos que compreende um material soldável, aço resistente ao desgaste e usinado para obter os recursos desejados. Em alguns casos, pode ser desejável forjar a peça externa de uma peça que compreende

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25/34 um material de aço soldável e resistente ao desgaste.

[0049] Fabricação: A FIG. 6 mostra um método 600 para fabricar um pistão para uso em um motor de pistão oposto, como descrito aqui. O método inclui o fornecimento de uma peça de coroa para um pistão, como em 605. Como descrito acima, a peça de coroa pode ser de um primeiro material, enquanto a balança do pistão é de um segundo material, ou dois ou mais materiais diferentes. A peça de coroa fornecida inclui uma primeira região de correia de anel (por exemplo, para acomodar ranhuras de anel de compressão) e uma superfície de extremidade com um meio de formação de combustão (por exemplo, um recipiente). De preferência, a peça da coroa é forjada, seguida de usinagem conforme necessário em uma face de soldada sub-coroa.

[0050] Uma peça de saia que inclui um orifício de pino é fornecida no método, como em 610. O material usado para fabricar a peça de coroa pode ser igual ou diferente do usado para fabricar a peça de saia. De preferência, a peça de saia é forjada, seguida de usinagem, conforme necessário, em uma face de solda da parede interior que será unida à face soldada de sub-coroa e em uma face de solda da extremidade aberta que será unida a uma face de solda da peça externa.

[0051] Além disso, o método inclui o fornecimento de uma peça externa que inclui uma segunda região de correia de anel (por exemplo, para acomodar ranhuras de anel de controle de óleo), como em 615. A peça externa pode ser do mesmo material da peça de saia e/ou da peça de coroa. Alternativamente, a peça externa pode incluir um material diferente, um material que não é usado em nenhuma

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26/34 outra parte do pistão. De preferência, a peça externa é cortada do material do tubo compreendendo um aço soldável, resistente ao desgaste e usinado para obter a face de solda que será unida à face de solda na extremidade aberta da peça de saia.

[0052] O método inclui a soldagem da peça de coroa na peça de saia, como em 620. Em alguns casos, a peça de coroa e a peça de saia são registradas uma com a outra e em seguida a peça de coroa é soldada na peça de saia. De preferência, são feitas costuras de solda internas e externas para unir a peça de coroa e a peça de saia, como visto nas FIGS. 3 e 4 por meio de uma operação hibrida de solda por indução.

[0053] Em seguida, a soldagem da peça de saia é unida à peça externa pode ser parte, como em 625. A soldagem pode incluir aquecimento por indução e união fisica, bem como soldagem por fricção ou soldagem por feixe de elétrons. Além disso, o processo de soldagem (isto é, processo de união fisica) pode envolver um tratamento térmico após a soldagem para aliviar tensões e/ou curar rachaduras causadas pelas porções de união fisica do pistão. De preferência, a costura de solda simples é feita

para unir a	peça de	saia e a peça externa, como visto	nas
FIGS. 3 e	4 por meio de uma	operação de	soldagem	por
fricção por	inércia.
[0054]	De	preferência,	uma etapa	final	de

processamento 630 pode incluir tratamento térmico seguindo os processos de união fisica para permitir a formação das fases e misturas de materiais desejadas, particularmente ao longo das costuras de solda. De preferência, a etapa de

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27/34 processamento 630 inclui a usinagem das bandas de anel interno e externa para formar ranhuras de anel, conforme exigido por considerações de projeto. Além disso, a etapa final do processamento pode incluir a usinagem da saia para formar as aberturas do orificio de pino.

[0055] Segunda construção do pistão: Pode haver casos em que certos aspectos do pistão 200 (FIGS. 2A e 2B) limitam sua aplicabilidade. Por exemplo, os recessos 234 na parede lateral 222 onde as saliências 233 estão localizadas podem representar desafios relacionados à capacidade de fabricação, durabilidade, e operação do pistão em aplicações pesadas. Nessas e outras aplicações, pode ser desejável ter um pistão com um pouco mais de massa e simetria, e uma área de contato maior entre a parede lateral e o orificio de cilindro, do que o pistão 200. Para tais casos, as FIGS. 7A e 7B mostram outro pistão 700 para um motor de pistão oposto construído de acordo com esta divulgação. A FIG. 7A mostra três partes separadas que são unidas por soldagem para produzir o pistão montado mostrado na FIG. 7B. Um pino é mostrado em alguns desses desenhos para uma compreensão mais clara de certas características de construção do pistão, mas não se destina a limitar o escopo desta divulgação. Um pistão 700 tem um eixo geométrico longitudinal 701, uma peça de coroa 710, uma peça de saia 720 com uma parede lateral de pistão 722 e uma peça externa 723. O pistão 700 é configurado para que a peça de saia 720 esteja entre a peça de coroa 710 e a peça externa 723 ao longo do eixo geométrico longitudinal do pistão 701. A peça de coroa 710 e a peça de saia 720 são unidas soldando superficies de união que se estendem

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28/34 circunferencialmente das peças da coroa e da saia em uma extremidade da parede lateral 722. A peça externa 723 e a peça de saia 720 são unidas soldando superficies de união que se estendem circunferencialmente da saia e peças externas em uma extremidade oposta da parede lateral 722.

[0056] A peça de coroa 710 tem uma superfície de extremidade 712 configurada para definir uma câmara de combustão com a superfície de extremidade de um pistão oposto no motor. Na superfície de extremidade 712, existe um recipiente 719 e entalhes 717 que se abrem no recipiente através da borda periférica 713 da peça de coroa. Os entalhes 717 são moldados para orientar a entrada de combustível na câmara de combustão. O recipiente 719 tem um eixo geométrico principal ou longitudinal 714. Neste exemplo, os entalhes 717 são espaçados ao longo do eixo geométrico longitudinal 714 do recipiente, de modo a estarem situados em locais diametralmente opostos na borda periférica 713. O eixo geométrico 714 do recipiente é colinear com um eixo geométrico de injeção da câmara de combustão com referência à qual o combustível é injetado. A forma da superfície de extremidade 712 mostrada nas FIGS. 7A e 7B limitam o escopo desta divulgação apenas na medida em que ela coopera com a superfície de extremidade de um pistão oposto para definir um formato de uma câmara de combustão em um motor de pistão oposto com injeção lateral direta por pelo menos dois injetores. Muitas outras formas de superfície de extremidade são possíveis; veja, por exemplo, e sem limitação, as formas da superfície de extremidade dos pistões de motores de pistão oposto que são descritos e ilustrados nas patentes e publicações

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29/34 americanas acima mencionadas.

[0057] Com referência às FIGS. 7A, 7B, 8, e 9, uma terra 721 ocupando uma superficie lateral circunferencial externa da peça de coroa 710 encontra a superficie de extremidade 712 na borda periférica 713. Uma primeira região de correia de anel circunferencial 724 formada na superficie lateral da peça de coroa une-se à terra. Em alguns casos preferidos, o pistão 700 é montado antes que as ranhuras de anel sejam formadas na região de correia 724, conforme sugerido pela FIG. 7A. Em outros casos, a região 724 da correia pode ser ranhurada antes da montagem do pistão. Em qualquer caso, quando o pistão 700 está completamente montado, a região de correia de anel 724 tem uma pluralidade de ranhuras de anel nas quais os anéis de compressão (não mostrados) estão assentados. Em alguns casos uma ranhura de anel também pode ser fornecida na região de correia de anel 724 para um anel de controle de óleo. Neste relatório descritivo, a região de correia de anel 724 é referida como uma região de correia de anel interno porque os anéis do pistão que ele suporta circulam nas regiões mais internas de um orificio de cilindro em uma aplicação tipica de pistão oposto. Como ele suporta anéis de compressão que vedam contra a região da superficie de orificio de cilindro onde a câmara de combustão é formada, a região de correia de anel 724 também pode ser denominada região de correia de anel de compressão. O interior da peça de coroa 710 inclui uma sub-coroa 725. Em alguns aspectos, a sub-coroa 725 inclui estruturas para definir câmaras de resfriamento.

[0058] A parede lateral de pistão 722 é

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30/34 substancialmente cilíndrica e se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal 701 a partir de uma primeira extremidade 726 até uma segunda extremidade 727 da peça de saia 720. A segunda extremidade 727 está aberta. Uma parede interior 728 da saia que é centralizada no eixo geométrico longitudinal 701 está situada dentro da parede lateral 722 perto da primeira extremidade 726. Em alguns aspectos, a parede interior 728 inclui estruturas de suporte para um pino e outras estruturas para a definição de câmaras de resfriamento. De preferência, mas não necessariamente, a parede interior 728 de um lado define uma porção de um orifício de pino 730 onde um pino 731 é recebido e retido. O orifício de pino 730 inclui aberturas de orifício 732 formadas nas saliências 733 definidas na parede lateral 722. As saliências 733 e as aberturas de orifício 732 são alinhadas coaxialmente ao longo de um eixo geométrico de pino comum 741. As aberturas 732 abrem através da parede lateral 722 e são configuradas para receber um pino 731. Como nas FIGS. 7A, 7B, 8 e 9, a parede lateral 722 apresenta uma superfície substancialmente cilíndrica, sem as porções de cintura estreitas 223 do pistão 200. A esse respeito, uma superfície substancialmente cilíndrica significa aproximadamente uma superfície cilíndrica, mas não necessariamente exatamente cilíndrica. Por exemplo, algum grau de ovalidade pode ser fornecido na forma geral da parede lateral e/ou outras porções do pistão.

[0059] Quando a peça de coroa 710 e a peça de saia 720 são soldadas juntas, uma galeria de resfriamento circunferencial 743 e uma câmara de resfriamento central 745 são definidas entre a parede interior 728 da peça de

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31/34 saia 720 e a sub-coroa 725. Aqui pode ser visto que o fornecimento da coroa e da saia como peças separadas é uma técnica particularmente útil na construção de pistões. Ele permite que estruturas internas complexas do pistão, como o orifício de pino 730, a galeria de resfriamento 743, e a câmara de resfriamento 745 sejam realizadas por forjamento ou fundição relativamente simples de partes das estruturas na sub-coroa separada 725 e na parede interior 728, que são então reunidos para definir as estruturas interiores quando a peça de coroa 710 e a peça de saia 720 são unidas.

[0060] A peça externa 723 é uma peça anular que compreende uma terra 739 ocupando uma superfície lateral circunf erencial externa da peça externa 723 que une uma segunda região de correia de anel circunferencial 740. Em alguns casos preferidos, o pistão 700 é montado antes que as ranhuras de anel sejam formadas na região de correia de anel 740, conforme sugerido pela FIG. 7A. Em outros casos, a região de correia de anel 740 pode ser ranhurada antes da montagem do pistão. Em qualquer caso, a região de correia de anel 740 tem uma pluralidade de ranhuras de anel nas quais os anéis de controle de óleo (não mostrados) estão assentados quando o pistão 700 está totalmente montado. Neste relatório descritivo, a região de correia de anel 740 é referida como uma região de correia de anel externo porque os anéis do pistão que ele suporta circulam nas regiões mais externas de um orifício de cilindro em uma aplicação típica de pistão oposto. Como ele suporta anéis de óleo que limpam o óleo da superfície de orifício de cilindro externo nas extremidades externas do cilindro, a região de correia de anel 740 também pode ser denominada

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32/34 região de correia de anel de óleo.

[0061] Como mostrado nas FIGS. 7B, 8, e 9, quando a peça externa 723 e a peça de saia 720 são soldadas juntas, a região de correia de anel externo 740 define uma extremidade externa aberta da peça de saia 720 e, portanto, do pistão 700. Com o pistão 700 montado soldando a peça de coroa 710, peça de saia 720, e uma parte exterior 723 em conjunto, as regiões da correia de anel 724 e 740 ocupam as respectivas extremidades circunferenciais do pistão 700 que

estão	coaxialmente	alinhadas ao	longo	do eixo	geométrico	de
pistão	701.
	[0062] Nas	FIGS. 8 e 9,	uma	linha 750 aproxima	os
locais	preferidos	das primeiras	costuras de	solda entre	a

peça de coroa 710 e a peça de saia 720. A peça de coroa 710 e a peça de saia 720 podem ser unidas (ou conectadas) por uma ou mais costuras de solda circunferenciais em superficies de união que se estendem circunferencialmente nas proximidades da linha 750. No exemplo mostrado, existe uma costura interna de solda 750a entre uma superfície circunferencial radialmente interna 751 (melhor vista na FIG. 7A) em uma nervura circular que se estende a partir da parede interna 728 e uma superfície circunferencial radialmente interna 752 correspondente na sub-coroa 725. No exemplo mostrado, há uma outra costura de solda interna 750b entre uma superfície circunferencial radialmente externa 753 (melhor vista na FIG. 7A) em uma nervura circular que se estende a partir da parede interna 728 e uma superfície circunferencial radialmente externa 754 correspondente na sub-coroa 725. De preferência, mas não necessariamente, as primeiras costuras de solda 750a e 750b

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33/34 são alinhadas em um plano de corte que contém a linha 7 50 que é ortogonal ao eixo geométrico longitudinal do pistão 701 e é formada na mesma etapa de soldagem. No entanto, outros alinhamentos e orientações da costura de solda são contemplados. São conhecidas muitas técnicas de soldagem de peças de coroa e saia usando costuras de solda circunferenciais para formar galerias e câmaras de resfriamento internas. Veja, por exemplo, a patente US 8,327,537 a esse respeito.

[0063] Como visto na FIG. 8, perto da segunda extremidade 727 da peça de saia 720, na superfície interior da parede lateral 722 existem rebaixos 760 que resultam da formação das saliências 733 na parede lateral 722. Os rebaixos 760 podem ser formados fabricando a peça de saia 720 e a peça externa 723 separadamente, forjando por exemplo, os rebaixos 760 formados na peça de saia 720 perto da extremidade aberta 727, e depois soldando as duas partes 720 e 723 juntos por meio de uma segunda costura de solda. Por exemplo, a peça de saia 720 e a peça externa 723 podem ser unidas por uma segunda costura de solda 770a em superficies de união que se estendem circunferencialmente na vizinhança da linha 770. No exemplo mostrado, a costura de solda 770a é formada entre uma superfície circunf erencial 771 (melhor vista na FIG. 7A) na peça externa 723 e uma superfície circunferencial correspondente 772 na peça de saia 720 na extremidade aberta 727.

[0064] Em alguns aspectos, a peça de coroa 710 e a peça de saia 720 podem ter que ser registradas em preparação para serem unidas pelas primeiras costuras de solda, como explicado acima em relação à FIG. 5. Em outros

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34/34 aspectos, as partes 710, 720, e 723 podem ser fabricadas e unidas por soldagem como descrito acima em relação ao pistão 200.

[0065] Recursos de união alternativos: Nas modalidades anteriores, a peça de coroa, a peça de saia e a peça externa são descritas como sendo unidas ou conectadas por soldagem. Pode haver casos em que pode ser racional e útil conectar ou unir as peças por métodos e meios puramente mecânicos, incluindo rosqueamento, encaixe por pressão e assim por diante. Também pode ser o caso em que as três partes são unidas ou conectadas por alguma combinação de soldagem, rosqueamento e encaixe por pressão.

[0066] Os técnicos no assunto apreciarão que as modalidades especificas estabelecidas neste relatório descritivo são meramente ilustrativas e que várias modificações são possíveis e podem ser feitas nela sem se afastar do escopo da construção de pistão de várias peças em questão para um motor de pistão oposto.

Claims

1. Pistão de várias peças de um motor de combustão interna de ciclo de dois tempos, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma peça de coroa com uma primeira região de correia de anel circunferencial;

uma peça de saia com uma parede lateral incluindo uma primeira extremidade e uma segunda extremidade; e, uma peça externa com uma segunda região de correia de anel circunferencial;

em que a peça de coroa é unida à primeira extremidade da peça de saia por uma ou mais primeiras costuras de solda e a peça externa é unida à segunda extremidade da peça de saia por uma segunda costura de solda.

2/8 peça de metal forjada.

2. Pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa é feita de um primeiro material e a peça de saia é feita de um segundo material.

3/8 óleo ao longo de um eixo geométrico longitudinal do pistão.

8. Pistão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa é feita de um primeiro material e a peça de saia é feita de um segundo material.

9. Pistão, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que o primeiro material compreende um metal ou liga de metal com alta resistência a altas temperaturas, e o segundo material compreende um ou mais dentre: aço 4140, aço inoxidável, aço carbono lOxx, ferro dúctil, ferro dúctil austemperado, ferro de grafite compactado, ferro cinza, qualquer tipo de aço com classificação SAE, titânio, uma superliga austenitica à base de níquel-cromo, e uma liga de aço à base de níquel.

10. Pistão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa compreende uma peça de metal forjada e a peça de saia compreende uma peça de metal forjada.

11. Pistão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa compreende uma peça de metal forjada e a peça externa compreende uma peça de metal forjada.

12. Pistão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a peça de saia compreende uma peça de metal forjada e a peça externa compreende uma peça de metal forjada.

13. Pistão, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa compreende uma coroa de base de metal forjado incluindo aço 4140 e, a peça de saia compreende uma saia de base de metal forjado

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3. Pistão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o primeiro material compreende um metal ou liga de metal com alta resistência a altas temperaturas, e o segundo material compreende um ou mais dentre: aço 4140, aço inoxidável, aço carbono lOxx, ferro dúctil, ferro dúctil austemperado, ferro de grafite compactado, ferro cinza, qualquer tipo de aço com classificação SAE, titânio, uma superliga austenitica à base de niquel-cromo, e uma liga de aço à base de níquel.

4/8 incluindo uma liga de aço ou uma liga de alumínio.

14. Pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 13, caracterizado pelo fato de que os meios para formar uma câmara de combustão incluem um eixo geométrico registrado para o eixo geométrico longitudinal de orifício de pino com um ângulo predeterminado entre os dois eixo geométricos.

15. Método para fabricar um pistão de um motor de pistão oposto, o método caracterizado pelo fato de que compreende:

fornecer uma peça de coroa compreendendo uma parede lateral com uma primeira região de correia de anel;

fornecer uma peça de saia, a peça de saia compreendendo um orifício de pino tendo um eixo geométrico longitudinal de orifício de pino;

fornecer uma peça externa que compreende uma segunda região de correia de anel;

soldar a peça de coroa e a peça de saia juntas; e soldar a peça externa e a peça de saia juntas.

16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda transformar um pedaço de metal usando forjamento para criar a peça de coroa, a peça de saia e/ou a peça externa do pistão.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a soldagem da peça de coroa e da peça de saia juntas compreende uma ou mais soldas por fricção, soldagem a gás ativo blindado, soldagem a arco de metal blindado, soldagem a arco de tungstênio a gás, soldagem a arco de metal a gás, soldagem a arco de núcleo de fluxo, soldagem a arco submerso, soldagem com

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4. Pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa compreende uma peça de metal forjada e a peça de saia compreende uma

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5/8 eletroescória, e soldagem por resistência elétrica .

18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a soldagem da peça de coroa e da peça externa juntas compreende uma ou mais soldas por fricção, soldagem a gás ativo blindado, soldagem a arco de metal blindado, soldagem a arco de tungstênio a gás, soldagem a arco de metal a gás, soldagem a arco de núcleo de fluxo, soldagem a arco submerso, soldagem com eletroescória, e soldagem por resistência elétrica.

19. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a soldagem da peça de coroa e da peça de saia em conjunto compreende aquecimento por indução da peça de coroa e da peça de saia.

20. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a soldagem da peça de saia e da peça externa juntas compreende aquecimento por indução da peça de saia e da peça externa.

21 . Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo f at o de que inclui ainda a formação de ranhuras de anel na primeira e na segunda regiões da correia. 22 . Método, de acordo com qualquer uma das

reivindicações 15 a 21, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa compreende ainda uma superfície de extremidade com meios para formar uma câmara de combustão com uma superfície de extremidade de um pistão oposto em um cilindro de um motor de pistão oposto, a câmara de combustão incluindo um eixo geométrico, e ainda em que a soldagem da peça de coroa e da peça de saia em conjunto

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5. Pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa compreende uma peça de metal forjada e a parte inferior compreende uma peça de metal forjada.

6/8 compreende orientar o eixo geométrico dos meios de formação de câmara de combustão para o eixo geométrico longitudinal de orificio da pino com um ângulo predeterminado entre os dois eixo geométricos.

23. Pistão de um motor de pistão oposto, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma peça de coroa que compreende uma superficie de extremidade incluindo meios para formar uma câmara de combustão com uma superficie de extremidade de um pistão oposto em um cilindro de um motor de pistão oposto, e uma região de correia de anel de compressão que se estende circunferencialmente com uma ou mais ranhuras de anel;

uma peça de saia compreendendo uma parede lateral, uma primeira extremidade, uma segunda extremidade, e um orificio de pino, formado na parede lateral;

uma peça externa compreendendo uma região de correia de anel de óleo que se estende circunferencialmente com uma ou mais ranhuras de anel;

primeiras costuras de solda conectando a peça de coroa com a primeira extremidade da peça de saia; e uma segunda costura de solda conectando a segunda extremidade da peça de saia com a peça externa;

em que a região de correia de anel de compressão está alinhada coaxialmente com a região de correia de anel de óleo ao longo de um eixo geométrico longitudinal do pistão.

24. Pistão, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa compreende ainda uma sub-coroa e a peça de saia compreende ainda uma parede interna situada dentro da parede lateral perto da primeira extremidade, na qual as primeiras costuras de

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6. Pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a peça de saia compreende uma peça de metal forjada e a parte inferior compreende uma peça de metal forjada.

7/8 solda incluem:

uma costura de solda interna entre uma superfície circunferencial radialmente interna na parede interna e uma superfície circunferencial interna correspondente na subcoroa; e, uma costura de solda interna entre uma superfície circunferencial radialmente externa na parede interna e uma superfície circunferencial externa correspondente na subcoroa.

25. Pistão, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que a parede lateral define um eixo geométrico longitudinal do pistão, em que as primeiras costuras de solda são alinhadas em um corte plano do pistão que é ortogonal ao eixo geométrico longitudinal do pistão.

26. Pistão, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que a peça de coroa e a peça de saia são registradas em relação a um eixo geométrico do orificio de pino.

27. Pistão de um motor de pistão oposto, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma peça de coroa que compreende uma superfície de extremidade incluindo meios para formar uma câmara de combustão com uma superfície de extremidade de um pistão oposto em um cilindro de um motor de pistão oposto, e uma região de correia de anel de compressão que se estende circunferencialmente com uma ou mais ranhuras de anel;

uma peça de saia compreendendo uma parede lateral, uma primeira extremidade, uma segunda extremidade, e um orificio de pino, formado na parede lateral; e, uma peça externa compreendendo uma região de correia

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7. Pistão de um motor de pistão oposto, caracterizado pelo fato de que compreende:

uma peça de saia compreendendo uma primeira extremidade, uma segunda extremidade, e um orifício de pino com um eixo geométrico de orifício de pino formado em uma parede lateral da parte de saia;

uma ou mais primeiras costuras de solda unindo a peça de coroa à primeira extremidade da peça de saia; e uma segunda costura de solda unindo a segunda extremidade da peça de saia com a peça externa;

em que a região de correia de anel de compressão está alinhada coaxialmente com a região de correia de anel de

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8/8 de anel de óleo que se estende circunferencialmente com uma

ou mais ranhuras de anel; na qual a peça de coroa é conectada à primeira extremidade da peça de saia por uma de soldagem,

rosqueamento e encaixe de pressão; e, na qual a segunda extremidade da peça de saia é conectada à peça externa por um de soldagem, rosqueamento e encaixes de pressão.