BRPI0414054B1

BRPI0414054B1 - Segment ring for internal combustion engines

Info

Publication number: BRPI0414054B1
Application number: BRPI0414054-0A
Authority: BR
Inventors: Fiedler Rolf-Gerhard
Original assignee: Mahle Gmbh
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2004-09-02
Publication date: 2017-09-12
Also published as: WO2005024278A1; DE10340301A1; KR101234977B1; EP1660793B1; BRPI0414054A; CN1846086A; ES2297454T3; US20070018410A1; CN100427815C; JP2007504407A; JP4800945B2; EP1660793A1; US7261301B2; DE502004005792D1; KR20070020174A

Abstract

"anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna". a invenção refere-se a um anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna, consistindo em uma lamela (1), cuja superfície de rolamento (h) apresenta uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice (3) se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a lamela (1) está disposta em uma ranhura anular (7) do êmbolo com um flanco de ranhura anular (5) disposto respectivamente paralelo entre si, oposto ao lado do fundo do êmbolo e voltado para o lado do fundo do êmbolo. de acordo com a invenção, frente ao estado atual da técnica conhecido deve ser obtido um melhor efeito de separação de óleo com atrito reduzido e um reduzido desgaste da superfície de rolamento pelo fato de que os flancos de lamela (2, 2<39>) se estendem radialmente externamente até a superfície de rolamento (h) de tal maneira convergentes entre si a um ângulo (a) que, quando do encosto de um dos flancos no flanco de ranhura anular (5) voltado para o lado do fundo do êmbolo, a lamela apenas com a linha de vértice se encontra em contato com a parede de cilindro (8) e, quando do encosto de um dos flancos de lamela no flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado do fundo do êmbolo a lamela apenas com um primeiro segmento (i) da superfície de rolamento (h) se encontra em contato com a parede de cilindro, sendo que a superfície de rolamento (h) em seção transversal em um primeiro segmento (i) segue a forma assimétrica de um polinômio de 2<a> ordem com h(x)= ax + bx^ 2^, 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 flancos as lamelas para com a largura 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) segue a forma assimétrica da função h(x) = cx^ 2^, com c como um múltiplo de b.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ANEL DE SEGMENTO PARA ÊMBOLOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA". A invenção refere-se a um anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna, consistindo em uma lamela, cuja superfície de rolamento apresenta uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a lamela está disposta em uma ranhura anular do embolo com um flanco de ranhura anular disposto respectivamente paralelo entre si, oposto ao lado do fundo do embolo e voltado para o lado do fundo do êmbolo.

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 e-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 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 se tentou moldar as superfícies de rolamento de tal maneira que as mesmas estivessem à altura das exigências anteriormente mencionadas.

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 da patente DE 33 05 385 C1 é conhecido um anel de êmbolo, que está disposto em uma ranhura anular de um embolo, cujas paredes laterais de ranhura anular se estendem de preferência paralelas, mas inclinadas para com o eixo do embolo, para garantir uma melhor vedação. Paredes laterais de ranhura anular se estendendo inclinadas, alinhadas paralelas entre si, são também conhecidas do pedido de modelo de utilidade japonês 57-73340. Mas essas formas de execução anteriormente mencionadas se referem a anéis de compressão, cuja exigência de pressão superficial é muito baixa; anéis de segmento requerem pelo contrário altas pressões superficiais.

Constitui objetivo da invenção indicar um anel de segmento em uma só peça 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 atrito reduzido e um reduzido desgaste da superfície de rolamento. O objetivo é alcançado pelas características da parte caracteri-zante da reivindicação 1. A superfície de rolamento da lamela se caracteriza por uma inclinação assimétrica com um abaulamento fortemente reduzido frente ao estado atual da técnica, sendo que o contorno da superfície de rolamento pode ser descrito aproximadamente por um polinômio de 2a ordem.

Graças à configuração de flancos e de superfícies de rolamento da lamela na ranhura anular de acordo com a invenção, por uma condição hidrodinâmica mais propícia na lamela se obtém uma redução da capacidade de atrito do anel de segmento sem uma redução da força tangencial, sendo que a função de separação de óleo da 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 sub-reivindicações.

Um exemplo de execução da invenção será a seguir descrito com auxílio de um único desenho. A figura mostra uma seção transversal do anel de segmento de acordo com a invenção em uma ranhura anular de um êmbolo.

Como se vê na figura, uma lamela 1 está disposta em uma ranhura anular 7 com um flanco de ranhura anular 5 de um êmbolo apontando para o fundo do êmbolo e um flanco de ranhura anular 6 de um êmbolo a-pontando para longe do fundo do êmbolo. De acordo com a invenção, a lamela 1 apresenta uma superfície de rolamento h abauladamente assimétrica com uma linha de vértice 3 se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a linha de vértice 3 atua como aresta em contato com a parede de cilindro 3 para separação de óleo. No exemplo de execução, a lamela 1 está de tal maneira disposta no êmbolo no estado montado que a linha de vértice 3 da superfície de rolamento h está disposta no sentido do flanco de ranhura anular 6 oposto ao lado do fundo do êmbolo. A lamela 1 apresenta flancos de lamela 2 e 2', que se estendem radialmente externamente até a superfície de rolamento h de tal maneira convergentes entre si a um ângulo α que, quando do encosto do flanco 2 no flanco de ranhura anular 5 voltado para o lado do fundo do êmbolo, apenas com a linha de vértice se encontra em contato com a parede de cilindro 8 do motor. Resulta então um ângulo entre o flanco de ranhura anular 6 oposto ao lado do fundo e o flanco de lamela 2' de preferência de 3o a 5o. Os flancos de lamela 2 e 2' se estendendo radialmente para dentro estão unidos com uma área extrema E, sendo que pela área extrema são produzidos pontos tangenciais T, que formam o ponto de rotação da lamela em correspondência ao movimento de curso do êmbolo. Como apresentado na figura, toda a área extrema E pode ser configurada em forma de semicírculo. Uma área extrema moldada à vontade é possível, desde que a área extrema seja executada semicircular diretamente no ponto de rotação. A extensão axial da área extrema corresponde, essencialmente, à altura H da ranhura anular 7, sendo que ainda é possibilitada a inserção da lamela na ranhura anular 7.

Quando de um encosto dos flancos de lamela 2, 2' no flanco de ranhura anular 6 oposto ao lado do fundo do êmbolo, a lamela 1 apenas com um primeiro segmento (I) da superfície de rolamento (h) entra em contato com a parede de cilindro. De acordo com a invenção, a superfície de rolamento h da lamela tem 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 a superfície de rolamento h em seção transversal em um primeiro segmento (I) aproximadamente segue a forma assimétrica de um polinômio de 2a 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 para com a largura das lamelas; 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 (ill) 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 valor 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 cerca de 2 a 10 μΐτι/0,4 mm com relação às execuções segundo o estado atual da técnica de 3 a 15 μηπ/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 na superfície de rolamento h da lamela em direção axial do cilindro produz um torque, que abaula a lamela em forma de prato. Isso é possível porque a configuração dos flancos de lamela 2 e 2' impede um movimento da lamela 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 conseqüência contínuas alterações do abaulamento em forma de prato, caracterizadas como torção dinâmica. Pela torção dinâmica, a lamela, que, quando do movimento de curso para longe do compartimento de combustão - o curso para baixo - encosta no flanco dé ranhura de superfície voltado para o lado do fundo do êmbolo, em combinação com a inclinação assimétrica da superfície de rolamento, apresenta um bom efeito de separação de óleo - "aresta" sustenta -, enquanto que a respectivamente outra posição da lamela, devido ao abaulamento definido da superfície de rolamento, apresenta uma melhor hidrodinâmica quando do curso para cima - "superfície" (segmento I) - sustenta. Reduz-se assim a capacidade de atrito na lamela, que no estado torcido apresenta um efeito de separação de óleo pior. Uma alteração da direção do curso produz uma dobragem da lamela para respectivamente a outra posição. A orientação em posição correta da lamela quando da montagem do anel de segmento deve ser observada, a qual pode ser garantida por exemplo por uma marcação colorida no flanco da lamela. A produção da forma ou contorno da superfície de rolamento pode por exemplo se dar por polimento a fino.

Referências 1 lamela, anel de segmento 2,2' flancos de lamela 3 linha de vértice (aresta) 5 flanco de ranhura anular voltado para o lado do fundo do êmbolo 6 flanco de ranhura anular oposto ao lado do fundo do êmbolo 7 ranhura anular 8 parede de cilindro 9 êmbolo E área extrema h superfície de rolamento H altura da ranhura anular T ponto tangencial REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Ane! de segmento para êmbolos de motores de combustão interna, consistindo em uma lamela (1), cuja superfície de rolamento (h) a-presenta uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice (3) se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a lamela (1) está disposta em uma ranhura anular (7) do êmbolo com um flanco de ranhura anular (5) disposto respectivamente paralelo entre si, oposto ao lado do fundo do êmbolo e voltado para o lado do fundo do êmbolo, caracterizado pelo fato de que os flancos de lamela (2, 2') se estendem radialmente externamente até a superfície de rolamento (h) de tal maneira convergentes entre si a um ângulo (a) que, quando do encosto de um dos flancos no flanco de ranhura anular (5) voltado para o lado do fundo do êmbolo, a lamela apenas com a linha de vértice se encontra em contato com a parede de cilindro (8) e, quando do encosto de um dos flancos de lamela no flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado do fundo do êmbolo a lamela apenas com um primeiro segmento (I) da superfície de rolamento (h) se encontra em contato com a parede de cilindro, sendo que a superfície de rolamento (h) em seção transversa - em um primeiro segmento (I) segue a forma assimétrica de um polinômio de 2a 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 flancos as lamelas para com a largura 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) segue a forma assimétrica da função h(x) = cx2, com c como um múltiplo de b.

2. Anel de segmento de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que no estado montado do anel de segmento (1) no êmbolo a linha de vértice (3) da superfície de rolamento (h) está disposta no sentido do flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado do fundo do êmbolo.

3. Anel de segmento de acordo com reivindicações 1 e 2, caracterizado pelo fato de que os flancos de lamela (2, 2') se estendendo radialmente para dentro na ranhura anular (7) estão unidos por meio de uma área extrema (E), que forma pontos tangenciais (T) para um movimento de rotação da lamela em correspondência ao movimento de curso do êmbolo.