BRPI0414053B1

BRPI0414053B1 - Anel de segmento múltiplo para êmbolos de motores de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0414053B1
Application number: BRPI0414053-2A
Authority: BR
Inventors: Fiedler Rolf-Gerhard
Original assignee: Mahle Gmbh
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2018-03-13
Also published as: CN1846087A; BRPI0414053A; JP2007504416A; US7306232B2; JP4800946B2; WO2005024277A1; EP1664597A1; EP1664597B1; ES2290768T3; CN100445609C; KR101292934B1; DE502004004310D1; US20060273525A1; KR20070020172A; DE10340312A1

Abstract

"anel de segmento múltiplo para êmbolos de motores de combustão interna". a invenção refere-se a um anel de segmento múltiplo para êmbolos de motores de combustão interna com duas lamelas consistindo em cinta de aço com flancos paralelos, cujas superfícies de rolamento apresentam respectivamente uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice se estendendo pela periferia das lamelas, bem como uma mola de expansão disposta entre as lamelas, que comprime as lamelas tanto axialmente contra respectivamente um dos flancos de uma ranhura anular no êmbolo como também radialmente contra a parede de cilindro. de acordo com a invenção, frente ao conhecido estado atual da técnica, é obtido um melhor efeito de separação de óleo com desgaste reduzido das superfícies de rolamento fato de que as superfícies de rolamento (h, h<39>) de ambas as lamelas (1, 2) são de tal maneira configuradas que correspondem a um contorno extremo de desgaste iminente no estado de início de operação do motor, sendo que no estado montado do anel de segmento (10) no êmbolo as linhas de vértice (3, 3<39>) das superfícies de rolamento (h, h<39>) estão orientadas respectivamente em sentido contrário ao meio da ranhura anular (3).

Description

(54) Título: ANEL DE SEGMENTO MÚLTIPLO PARA ÊMBOLOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA (51) Int.CI.: F16J 9/20; F16J 9/06 (30) Prioridade Unionista: 02/09/2003 DE 103 40 312.4 (73) Titular(es): MAHLE GMBH (72) Inventor(es): ROLF-GERHARD FIEDLER

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ANEL DE SEGMENTO MÚLTIPLO PARA ÊMBOLOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA.

t A invenção refere-se a um anel de segmento múltiplo para êmI 5 bolos de motores de combustão interna com duas lamelas consistindo em cinta de aço com flancos paralelos, cujas superfícies de rolamento apresentam respectivamente uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice estendendo-se pela periferia das lamelas, bem como uma mola de expansão disposta entre as lamelas, que comprime as lamelas tanto axial10 mente contra respectivamente um dos flancos de uma ranhura anular no êmbolo como também radialmente contra a parede de cilindro.

Para impedir que demasiado óleo de motor chegue ao compartimento de combustão, o que tem por consequência, além de um elevado consumo de óleo, também efeitos negativos sobre o comportamento de e15 missão do motor, é necessária uma suficiente força tangencial dos anéis de segmento para produção de uma compressão radial à parede de cilindro e, com isso, para um bom efeito de separação de óleo. Mas isso produz uma elevada pressão superficial nas áreas de rolamento das lamelas de aço e, com isso, também uma elevada capacidade de atrito na operação do motor.

Essa capacidade de atrito piora o grau de eficácia do motor de combustão interna e, por conseguinte, eleva o consumo de combustível. A projeção da força tangencial dos anéis de segmento é portanto sempre um compromisso entre mínima capacidade de atrito e máximo efeito de separação de óleo. Todas as medidas para redução da capacidade de atrito na operação do motor sem redução da força tangencial facilitam assim a projeção dos anéis de segmento ou aperfeiçoam o grau de eficácia do motor.

Correspondentemente, para anéis de segmento segundo o gênero, além de uma configuração especial da mola de expansão, se tentou moldar as superfícies de rolamento das lamelas de tal maneira que as mes30 mas estivessem à altura das exigências anteriormente mencionadas. São conhecidas, entre outras, superfícies de rolamento estendendo-se paralelamente em plano à parede de cilindro, como indicado na patente US

3.738.668, e também contornos de superfícies de rolamento, que são executadas simetricamente abauladas, como descrito na patente DE 36 38 728 A1. Anéis de rolamento múltiplos com superfícies de rolamento das lamelas executadas simetricamente abauladas são então montados no êmbolo em posição de montagem qualquer desejada, isto é, não-orientada.

Superfícies de rolamento assimétricas de anéis de segmento ou anéis de êmbolo são conhecidas das patentes DE 38 33 322 A1, DE 43 00 531 C1 ou DE 44 29 649 C2. Igualmente é conhecido do pedido de patente US 6 039 321 A um anel de segmento raspador construído com duas lamelas e uma lingüeta espalhada em formato de ziguezague, cujas superfícies de rolamento são assimetricamente abauladas. Um anel de segmento raspador similar, no entanto, com uma lingüeta espalhada com um outro formato, é conhecido através do documento FR 2 723 401. Mas essas formas de execução anteriormente mencionadas referem-se a apenas anéis individuais, sendo que das publicações não podem ser depreendidos dados referentes a possíveis posições de montagem com relação a anéis de segmento múltiplos.

Constitui objetivo da invenção indicar um anel de segmento múltiplo para um êmbolo de um motor de combustão interna, que apresente frente ao estado atual da técnica conhecido um efeito de separação de óleo aperfeiçoado com reduzido desgaste da superfície de rolamento.

O objetivo é alcançado pelo fato de que as superfícies de rolamento de ambas as lamelas são de tal maneira configuradas que apresentam uma forma assimetricamente abaulada, constituídas de uma primeira e uma segunda porção parabólica, sendo que a segunda porção parabólica apresenta uma curvatura mais acentuada que a primeira.

As superfícies de rolamento das lamelas se destacam por uma inclinação assimétrica com um abaulamento acentuadamente reduzido em relação ao estado atual da técnica, podendo o contorno da superfície de rolamento ser descrito aproximadamente por um polinômio de 2- ordem.

Em uma outra configuração da invenção, as superfícies de rolamento das lamelas estão orientadas com suas linhas de vértice respectiva3 mente no mesmo sentido relativamente ao flanco de ranhura anular oposto ao fundo do êmbolo.

Graças à configuração de superfícies de rolamento e à disposição das lamelas entre si, por uma condição hidrodinâmica mais propícia em uma de ambas as lamelas se obtém uma redução da capacidade de atrito de todo o anel de segmento de cinta de aço sem uma redução da força tangencial, sendo que a função de separação de óleo da outra lamela permanece então plenamente mantida. A redução da capacidade de atrito produz uma melhoria do grau de eficácia do motor e, graças a um aumento da força tangencial, com nível de capacidade de atrito inalterado, pode ser aperfeiçoado o comportamento de separação de óleo.

Configurações convenientes da invenção são objeto das subreivindicações.

Um exemplo de execução da invenção será a seguir descrito com auxílio dos desenhos. Mostram:

Figura 1 - uma seção transversal do anel de segmento de acordo com a invenção em uma primeira execução, e

Figura 2 - uma seção transversal do anel de segmento em uma segunda execução.

Como se vê na figura 1, um anel de segmento 10 múltiplo consiste em duas lamelas de cinta de aço 1 e 2 e em uma mola de expansão 4, que pressiona as lamelas tanto axialmente contra respectivamente um dos flancos 5 e 6 da ranhura anular 7 no êmbolo como também radialmente contra a parede de cilindro 8. O flanco de ranhura anular 5 representa o lado voltado para o fundo do êmbolo e o flanco de ranhura anular 6 o lado oposto ao fundo do êmbolo. De acordo com a invenção, a lamela 1 apresenta uma superfície de rolamento h moldada abauladamente assimétrica com uma linha de vértice 3 se estendendo pela periferia da lamela, e a lamela 2 uma superfície de rolamento h’ abauladamente assimétrica com uma linha de vértice 3’, sendo que as respectivas linhas de vértice 3, 3’ atuam como arestas que se encontram em contato com a parede de cilindro 8 para a separação de óleo. Em um primeiro exemplo de execução segundo a figura 1, as lame4

Ias 1 e 2 estão de tal maneira dispostas no êmbolo no estado montado que suas linhas de vértice 3, 3’ (arestas) estão alinhadas respectivamente na direção do meio da ranhura anular 7. Segundo a figura 1, essa disposição de lamelas deve ser entendida em sentido contrário, ao passo que segundo a figura 2 a disposição das lamelas deve ser entendida como no mesmo sentido entre si. Nesse exemplo de execução, ambas as linhas de vértice 3, 3’ (arestas) estão dispostas entre a mola de expansão 4 apontando para longe do flanco de ranhura anular 5 do lado do fundo do êmbolo.

De acordo com a invenção, as superfícies de rolamento h e h’ das lamelas têm uma forma, que corresponde a uma operação de admissão de várias centenas de horas na operação do motor. Esta é caracterizada pelo fato de que as superfícies de rolamento h, h’ de ambas as lamelas 1 e 2 em seção transversal em um primeiro segmento (I) aproximadamente seguem a forma assimétrica de um polinômio de 2- ordem com h(x)= ax + bx², sendo que x = coordenadas de superfície de rolamento no sistema de coordenadas cartesiano em mm, e a, b coeficientes, com a definido pela relação da folga axial de flanco das lamelas aF das lamelas para com a largura B das lamelas. aF = distância entre lado da seção circular e lamela, medida no diâmetro externo da seção circular (Figura 2), B = largura total da lamela (figura 2); b definido como valor da curvatura de superfície de rolamento; um vértice (II) h(x=0) de sustentação, executado como aresta 3, e em um terceiro segmento (III) aproximadamente segue a forma assimétrica da função h(x) = cx², com c como um múltiplo de b. Como exemplo para lamelas com uma espessura de 0,4 mm resulta um vaior h(x) = 35 x + 50 x². Assim podem ser obtidas as curvas de seção transversal representadas em correspondência às figuras 1 e 2 com x como coordenada de superfície de rolamento em mm e h(x) como abaulamento em μιτι. É evidente que os coeficientes desse polinômio devem ser ajustados à aplicação específica, sendo que parâmetros essenciais são então o diâmetro de cilindro, as dimensões da seção transversal de lamela e as relações de folga axial do anel de segmento montado na ranhura anular. O abaulamento típico da superfície de rolamento h segundo a invenção importa de acordo com a invenção em cer5 ca de 2 a 10 μιτι/0,4 mm com relação às execuções segundo o estado atual da técnica de 3 a 15 μιτι/0,15 mm.

Funcionalmente, o efeito de separação de óleo aperfeiçoado de acordo com a invenção pode ser dado pelo fato de que a força de atrito incidindo nas superfícies de rolamento h, h’ das lamelas em direção axial do cilindro produz um torque, que abaula as lamelas em forma de prato. Isso é possível porque a configuração da mola de expansão 4 impede um movimento das lamelas 1 e 2 em direção axial sobretudo no assento interior, ao passo que no assento exterior são possíveis amplitudes de movimento axiais nitidamente maiores. A força de atrito e, portanto, o torque muda o sinal prévio em função da direção de curso do êmbolo. Como a altura da força de atrito é ainda dependente da velocidade, isso tem por consequência contínuas alterações do abaulamento em forma de prato, caracterizadas como torção dinâmica. Pela torção dinâmica, a lamela, que, dependendo da direção de curso encosta em um dos flancos de ranhura, em combinação com a inclinação assimétrica da superfície de rolamento produz um bom efeito de separação de óleo - aresta sustenta -, enquanto que a respectiva outra aresta, devido ao abaulamento definido da superfície de rolamento, produz uma melhor hidrodinâmica - superfície sustenta - como representado na figura 1. Reduz-se assim a capacidade de atrito nessa lamela, que no estado torcido apresenta ademais ainda um efeito de separação de óleo pior. Uma alteração da direção do curso produz uma dobragem de ambas as lamelas para respectivamente a outra posição, sendo que nada se altera em princípio nas condições descritas.

A orientação em posição correta das lamelas quando da montagem do anel de segmento de cinta de aço deve ser observada, a qual pode ser garantida por exemplo por uma marcação colorida de um dos flancos da lamela.

A produção da forma ou contorno da superfície de rolamento pode por exemplo se dar por polimento a fino.

Referências anel de segmento lamela lamela linha de vértice (aresta) linha de vértice (aresta) mola de expansão flanco de ranhura anular voltado do lado do fundo do êmbolo flanco de ranhura anular oposto ao lado do fundo do êmbolo ranhura anular parede de cilindro êmbolo h’ superfícies de rolamento

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Anel de segmento (10) múltiplo para êmbolos de motores de combustão interna com duas lamelas (1,2) consistindo em cinta de aço com flancos paralelos, cujas superfícies de rolamento (h, h’) apresentam respectivamente uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice (3, 3’) se estendendo pela periferia das lamelas, bem como uma mola de expansão (4) disposta entre as lamelas, que comprime as lamelas tanto axialmente contra respectivamente um dos flancos (5, 6) de uma ranhura anular (7) no êmbolo como também radialmente contra a parede de cilindro (8) caracterizado pelo fato de que as superfícies de rolamento (h, h’) de ambas as lamelas (1,2) em seção transversal

- em um primeiro segmento (I) seguem a forma assimétrica de um polinômio de 2- ordem com h(x)= ax + bx², sendo que, x = coordenadas de superfície de rolamento no sistema de coordenadas cartesiano em mm, e coeficientes a, b, com a definido pela relação da folga axial de flancos (aF) das lamelas para com a largura (B) das lamelas; b definido como valor da curvatura de superfície de rolamento;

- um vértice (II) h(x=0) de sustentação, executado como aresta, e

- em um terceiro segmento (III) seguem a forma assimétrica da função h(x) = cx², com c como um múltiplo de b.
2. Anel de segmento múltiplo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as linhas de vértice (3, 3’) das superfícies de rolamento (h, h’) estão orientadas respectivamente no mesmo sentido para com o flanco (6) da ranhura anular (8) oposto ao fundo do êmbolo.
3. Anel de segmento múltiplo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as superfícies de rolamento (h, h’) de ambas as lamelas (1, 2) são de tal maneira configuradas que correspondem a um contorno extremo de desgaste iminente no estado de início de operação do motor, sendo que no estado montado do anel de segmento (10) no êmbolo as linhas de vértice (3, 3’) das superfícies de rolamento (h, h’) estão orientadas respectivamente em sentido contrário para o meio da ranhura anular (3).

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JC