BRPI0415298B1

BRPI0415298B1 - Cobertura de canal de resfriamento para um pistão e pistão de uma peça de um motor de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0415298B1
Application number: BRPI0415298-0A
Authority: BR
Inventors: Dieter Gabriel; Michael T Lapp
Original assignee: Mahle Gmbh
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-10-05
Publication date: 2014-03-04
Also published as: WO2005040587A1; US6938604B2; BRPI0415298A; CN1863996A; US20050072387A1; EP1680588A1; KR20070020182A; CN100458133C; JP2007507653A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COBERTURA

DE CANAL DE RESFRIAMENTO PARA UM PISTÃO E PISTÃO DE UMA PEÇA DE UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA".

Antecedentes da Invenção Campo da Invenção A invenção refere-se a uma cobertura de canal de resfriamento para um pistão de uma peça de um motor de combustão interna, que tem um canal de resfriamento fechado que corre ao redor do interior da coroa de pistão, no nível da faixa de anéis de pistão, e um rebaixo em forma de anel provido entre a faixa de anéis de pistão e a saia de pistão, em que a saia de pistão está conectada com os cubos de pistão suspensos na coroa de pis- tão. Técnica Anterior Um pistão resfriado de peças múltiplas que tem um canal de res- friamento disposto na região de borda da cabeça de pistão é conhecido da Publicação Alemã Número DE 40 39 751 A1, cujo canal está coberto com um anel de chapa metálica essencialmente estruturado como uma mola de copo. Este anel de chapa metálica está estruturado em uma peça e pode ser facilmente montado com o pistão somente porque o pistão está estruturado em duas peças. É necessário montar o anel de chapa metálica com a peça de pistão superior primeiramente, antes da peça de pistão superior ser co- nectada com a peça de pistão inferior.

Mais ainda, pistões são conhecidos da Publicação Alemã Núme- ro DD 252 638 A1 e da Publicação Alemã Número DE 41 34 530 A1, nos quais uma parte de parede que cobre o canal de resfriamento que está aber- ta no fundo, e corre ao redor da circunferência em formato de anel está es- truturada como um anel de chapa metálica aberto, o qual apóia dentro de uma ranhura contra a circunferência interna da zona de anel de pistão, e contra a circunferência externa da parede de câmara de combustão, respec- tivamente, aproveitando-se de sua deformação plástica de acordo com o princípio de anel de Seeger, isto é, tensionado na direção radial.

Mais ainda, um pistão de peças múltiplas que tem um canal de resfriamento é conhecido da Publicação Alemã Número DE 42 08 037 C2, no qual o canal de resfriamento, o qual está aberto para o fundo, está cober- to por uma mola de copo tensionada, a qual está dividida em pelo menos duas partes sobre a sua circunferência, e apóia livremente sobre suportes contra as laterais axialmente opostas, radialmente no interior e no exterior.

Finalmente, os pistões de canal de resfriamento de uma peça que tem um canal de resfriamento disposto na região de borda da cabeça de pistão são conhecidos das Patentes Européias Números EP 0 561 871 B1 e EP 0 799 373 B1, cujo canal está também fechado com anéis de cobertura estruturados como molas de copo, ou anéis de cobertura estruturados como molas de copo e providos com um colar.

Uma desvantagem das modalidades acima mencionadas é que o anel de cobertura ou a mola de copo precisam estar estruturadas em duas peças, de modo a ser capaz de ser montado. Mais ainda, durante a monta- gem cada uma das duas metades de anel semicirculares precisam ser indi- vidualmente introduzidas em mancais correspondentes sobre a coroa de pistão, no estado tensionado.

Sumário da Invenção É portanto um objetivo da invenção criar uma cobertura de canal de resfriamento para um pistão de uma peça de um motor de combustão interna, cuja cobertura pode ser facilmente e rapidamente instalada, e em que o peso do pistão é reduzido se comparado com o estado da técnica co- nhecido.

Este objetivo é atingido por meio de um anel plástico em forma de U, de uma peça, provido com encaixes radialmente externos e internos inclinados ao redor da circunferência. O anel tem pelo menos uma articula- ção de filme ao redor da circunferência que permite pelo menos uma defle- xão radial de pelo menos um dos encaixes, de tal modo que para poder fe- char o canal de resfriamento, os encaixes acoplam em um rebaixo cônico escalonado sobre a borda interna do canal de resfriamento. A articulação de filme está de preferência localizada sobre o encaixe radialmente externo ou radialmente interno do anel em forma de U e está formada por um enfraque- cimento de material a um ângulo dos encaixes do fundo de anel. O anel é de preferência feito de sulfeto de polifenileno (PPS) ou uma poliimida (PI).

Os rebaixos no canal de resfriamento de preferência formam paredes conicamente formadas na direção axial do pistão, contra as quais os encaixes radialmente externos e internos apoiam, sob uma ligeira tensão, em um estado montado do anel em forma de U. O encaixe externo está de preferência disposto sobre uma circunferência externa da coroa de pistão e está inclinado radialmente para fora em relação a um eixo geométrico trans- versal do pistão, e o encaixe interno está de preferência disposto sobre uma circunferência interna da coroa de pistão e está inclinado radialmente para dentro em relação ao eixo geométrico transversal do pistão.

Em uma modalidade preferida, fendas que estendem-se até o fundo de anel são feitas nos encaixes radialmente externos e radialmente internos. As fendas estão distribuídas não-uniformemente sobre a circunfe- rência do anel, de modo a produzir uma pluralidade de encaixes que tem diferentes comprimentos de aresta. As fendas de preferência tem uma largu- ra de 2 a 3 mm e os comprimentos de aresta são de preferência de 15 a 20 mm. O anel em forma de U está de preferência radialmente dividido de tal modo que uma largura de boca é formada, formando uma entrada de óleo de resfriamento ou uma saída de óleo de resfriamento para o canal de resfriamento.

Breve Descrição dos Desenhos Outros objetos e aspectos da presente invenção ficarão aparen- tes da descrição detalhada seguinte considerada em conexão com os dese- nhos acompanhantes. Deve ser compreendido, no entanto, que os desenhos estão destinados a uma ilustração somente e não como uma definição dos limites da invenção.

Nos desenhos, em que os caracteres de referência similares de- notam os elementos similares através de todas as diversas vistas: Figura 1 mostra um pistão de uma peça para um motor de com- bustão externa, que tem um canal de resfriamento fechado por um anel em forma de U de acordo com a invenção, mostrado em um diagrama em corte transversal que consiste em duas metades, o qual mostra dois cortes trans- versais longitudinais do pistão, deslocados de 90°;

Figura 2 mostra um pistão de acordo com a Figura 1, girado em 90°;

Figura 3 mostra um detalhe parcial do pistão de acordo com o Detalhe x da Figura 2;

Figura 4 mostra uma vista de topo do anel em forma de U;

Figura 5 mostra um corte transversal ao longo da linha A-A do anel em forma de U de acordo com a Figura 4; e Figura 6 mostra um corte transversal ao longo da linha B-B do anel em forma de U de acordo com a Figura 4.

Descrição Detalhada da Modalidade Preferida Referindo em detalhes aos desenhos, a Figura 1 mostra um pis- tão 1, estruturado em uma peça, para um motor de combustão interna, em um diagrama em corte transversal que consiste em duas metades, a metade esquerda representando um corte transversal do pistão 1 ao longo de um eixo geométrico longitudinal 2 do pistão, e a metade direita representando um eixo geométrico longitudinal do pistão 1 que está deslocado do primeiro em 90°. O pistão 1 é feito de aço e tem uma coroa de pistão 9 que tem uma faixa de anéis de pistão 7 e uma cabeça de pistão 4 que tem uma de- pressão de espaço de combustão 5, por meio de que um eixo de pistão 10 está conectada com os cubos de pistão 3 suspensos na coroa de pistão. No nível da faixa de anéis de pistão 7, um canal de resfriamento fechado 6 que corre ao redor da circunferência em uma forma de anel está disposto na co- roa de pistão 9, a delimitação externa radial e a delimitação interna radial de cujo canal estão determinadas pela parede de anel moldada por sobre a ca- beça de pistão 4 e pela região de coroa de pistão sobre a qual os cubos de pistão 3 estão suspensos. O interior do canal de resfriamento 6 tem um re- baixo 14.2 sobre o lado de parede de anel e um rebaixo 14.1 sobre o lado de coroa de pistão, as regiões de parede do qual resultam em uma forma coni- camente estreitada na direção axial, no sentido da cabeça de pistão 4. A inclinação, em cada caso, está caracterizada pelo ângulo entre o eixo geo- métrico axial 2.1 e a inclinação da parede de rebaixo, que é de aproximada- mente 30°. Os rebaixos 14.1 e 14.2 estão delimitados por um degrau 15.1 e 15.2, em cada caso, o que também resulta em uma forma conicamente es- treitada na direção do eixo de pistão 10, e cujo ângulo definido acima men- cionado tem um valor de aproximadamente 20 a 30°.

Um rebaixo em forma de anel 11 está provido entre a faixa de anéis de pistão 7 e o eixo de pistão 10, por meio do qual a montagem para fechar o canal de resfriamento 6 por meio de um anel plástico de uma peça 8, em forma de U em seção transversal, acontece. De acordo com a inven- ção, um plástico elástico, especificamente do grupo de sulfetos de polifenile- no (abreviação: PPS), por exemplo o Ryton R4®, é utilizado para este pro- pósito. Em outra modalidade da invenção, um plástico do grupo de poliimi- das de alta temperatura (abreviação: PI), tal como o VESPEL® da DuPont ou o AURUM® da Mitsui Chemicals Inc., pode também ser utilizado para este propósito. Tais plásticos elásticos estão caracterizados por sua resis- tência a altas temperaturas, isto é, ao calor, de 200° C até acima de 400° C em operação de longo prazo. Além disso, estes plásticos podem também ser reforçados com fibra. As abreviações correspondem ao padrão internacional ISO 1043-1 datada de 1997.

De acordo com a Figura 4, o anel plástico em forma de U 8 tem um encaixe radial externo 8.1 inclinado afastando de seu fundo de anel 8.3, e um encaixe radial interno 8.2 inclinado afastando de seu fundo de anel 8.3.

Os encaixes estão divididos por fendas 13 não-uniformemente distribuídas sobre a circunferência, de modo que segmentos de encaixe L de diferentes comprimentos são formados. As fendas são feitas até o fundo 8.3 do anel plástico 8 e tem uma forma ligeiramente em V e uma largura de fenda de 2 a 3 mm. As fendas radiais acima mencionadas acontecem distribuídas sobre a circunferência do anel, de preferência em uma faixa de ângulo entre 15 e 25°.

Como mostrado no diagrama em corte transversal de acordo com a Figura 6, o encaixe externo 8.1 está disposto sobre a circunferência externa do fundo de anel 8.3, e inclinado radialmente para fora com referên- cia ao eixo geométrico transversal 2.2 do pistão, do fundo de anel 8.3, por meio de que o encaixe interno 8.2 está inclinado radialmente na direção do interior, e está disposto sobre a circunferência interna do fundo de pistão 8.3.

As assim denominadas articulações de filme 12.1 e 12.2 ao redor da circun- ferência são feitas nos ângulos internos dos encaixes 14.1 e 14.2 do fundo de anel 8.3, cujas articulações são formadas por um enfraquecimento do material ao redor da circunferência do anel plástico 8. De acordo com outra modalidade da invenção, uma tal articulação de filme pode também estar disposta somente sobre o encaixe radialmente externo 8.1 ou encaixe radi- almente interno 8.2 do anel plástico em forma de U 8. É evidente da Figura 4, que o anel plástico em forma de U 8 está radialmente dividido de tal modo que uma abertura 17 com uma largura de boca M é formada. A 180° opostos a isto existe uma abertura em forma de U 16 que tem aproximadamente a mesma largura. Ambas as aberturas 16 e 17 servem como a entrada de óleo e a saída de óleo, respectivamente, no es- tado montado do anel plástico 8, para suprir o canal de resfriamento 6 com óleo. A montagem do anel 8 pode acontecer em um modo simples, pelo fato de que este é dobrado, sobre metade de seu lado, de seu plano, até um nível que corresponde à altura axial do rebaixo 11, introduzido no rebaixo 11, e empurrado sobre a região de cubo suspensa na coroa de pis- tão. Neste estado pré-montado, o anel é orientado na direção da cabeça de pistão com o seu fundo de anel 8.3. Apesar da utilização de um plástico rela- tivamente inelástico, o dobramento do anel ao meio, para fora do plano do desenho de acordo com a Figura 4, é tornado possível sem destruição por- que o dobramento do anel 8 acontece na ou acima da abertura 16, e por meio disto em uma largura de material de anel reduzida. Com referência à utilização de um plástico feito de sulfeto de polifenileno (PPS) ou de uma poliimida de alta temperatura (PI), não existem problemas de montagem, devido à elasticidade dos materiais.

De modo a fechar o canal de resfriamento 6, o anel 8 é subse- qüentemente pressionado sobre os degraus 15.1 e 15.2, de modo que os seus encaixes 8.1 e 8.2 apoiem sobre os rebaixos 14.1 e 14.2, por meio de que as faces dos encaixes ficam sustentadas sobre os degraus. A deflexão radial dos encaixes 8.1 e 8.2 é tornada possível, de acordo com a invenção, pelas articulações de filme 12.1 e 12.2. Duas projeções 13.1 que estão dis- postas sobre a circunferência opostas ao encaixe externo 8.1 e acoplam nos rebaixos no canal de resfriamento, não-mostrado, servem para impedir que o anel em forma de U gire para fora do lugar.

Conseqüentemente, apesar de somente umas poucas modali- dades da presente invenção terem sido mostradas e descritas, é óbvio que muitas mudanças e modificações podem ser feitas à mesma sem afastar-se do espírito e do escopo da invenção.

Claims

1. Cobertura de canal de resfriamento (6) para um pistão (1) de uma peça de um motor de combustão interna, o pistão (1) tendo um canal de resfriamento (6) fechado que corre ao redor do interior da coroa de pistão (9), no nível da faixa de anéis de pistão (7), e um rebaixo em forma de anel (11) provido entre a faixa de anéis de pistão (7) e o eixo de pistão (10), em que o eixo de pistão (10) está conectado com os cubos de pistão (3) sus- pensos na coroa de pistão (9), o canal de resfriamento (6) compreendendo um anel plástico de uma peça (8), o anel plástico (8) caracterizado pelo fato de apresenta as seguintes características, uma seção transversal em forma de U; encaixes radialmente externos (8.1) e internos (8.2) dispostos ao redor de uma circunferência do anel (8); pelo menos uma articulação de filme (12) que corre ao redor da circunferência do anel (8), em que a articulação de filme (12) permite pelo menos uma deflexão radial de pelo menos um dos encaixes (8.1, 8.2), de tal modo que os encaixes (8.1, 8.2) estão adaptados para acoplarem em um rebaixo cônico (14.1, 14.2) escalonado sobre a borda interna do canal de resfriamento (6) de modo a fechar o canal de resfriamento (6).

2. Cobertura de canal de resfriamento de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que a pelo menos uma articulação de filme (12) está localizada sobre o encaixe radialmente externo (8.1) ou radi- almente interno (8.2) do anel (8) em forma de U, em que a articulação de filme (12) está formada por um enfraquecimento de material a um ângulo dos encaixes de um fundo de anel (8.3).

3. Cobertura de canal de resfriamento de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que fendas (13) que estendem-se até o fundo de anel (8.3) são feitas nos encaixes radialmente externos (8.1) e ra- dialmente internos (8.2), as ditas fendas (13) sendo distribuídas não- uniformemente sobre a circunferência, de modo a produzir uma pluralidade de encaixes que tem diferentes comprimentos de aresta (L).

4. Cobertura de canal de resfriamento de acordo com a reivindi- cação 3, caracterizada pelo fato de que as fendas (13) têm uma largura de 2 a 3 mm e os comprimentos de aresta (L) são de 15 a 20 mm.

5. Cobertura de canal de resfriamento de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o anel (8) em forma de U está radi- almente dividido de tal modo que uma largura de boca é formada, a dita lar- gura de boca formando uma entrada de óleo de resfriamento (16) ou uma saída de óleo de resfriamento (17) para o canal de resfriamento (6).

6. Cobertura de canal de resfriamento de acordo com a reivindi- cação 1, caracterizada pelo fato de que o anel (8) em forma de U é feito de sulfeto de polifenileno (PPS) ou uma poliimida (PI).

7. Pistão de uma peça de um motor de combustão interna, que compreende: uma coroa de pistão (9); um canal de resfriamento (6) fechado que corre ao redor do inte- rior da coroa de pistão (9), no nível da faixa de anéis de pistão (7); um eixo de pistão (10) conectado com a coroa de pistão (9) atra- vés de cubos (3) suspensos na coroa de pistão (9); um rebaixo em forma de anel (11) provido entre a faixa de anéis de pistão (7) e o eixo de pistão (10); e uma cobertura de canal de resfriamento (6) que compreende um anel plástico (8) de uma peça, caracterizado pelo fato de que tem as seguin- tes características, uma seção transversal em forma de U; encaixes radialmente externos (8.1) e internos (8.2) inclinados ao redor de uma circunferência do anel (8); pelo menos uma articulação de filme (12) que corre ao redor da cir- cunferência do anel (8), em que a articulação de filme (12) permite pelo menos uma deflexão radial de pelo menos um dos encaixes (8.1, 8.2), de tal modo que para fechar o canal de resfriamento (6), os encaixes (8.1, 8.2) acoplam em um rebaixo cônico escalonado sobre a borda interna do canal de resfriamento (6).

8. Pistão de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma articulação de filme (12) está localizada sobre o en- caixe radialmente externo (8.1) ou radialmente interno (8.2) do anel (8) em for- ma de U, e em que a articulação de filme (12) está formada por um enfraque- cimento de material a um ângulo dos encaixes de um fundo de anel (8.3).

9. Pistão de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que os rebaixos formam paredes conicamente formadas na direção axial do pistão (1), contra as quais os encaixes radialmente externos (8.1) e internos (8.2) apoiam, sob uma ligeira tensão, em um estado montado do anel (8) em forma de U.

10. Pistão de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o encaixe externo (8.1) está disposto sobre uma circunferência externa da coroa de pistão (9) e está inclinado radialmente para fora em re- lação a um eixo geométrico transversal do pistão, e em que o encaixe inter- no (8.2) está disposto sobre uma circunferência interna da coroa de pistão (9) e está inclinado radialmente para dentro em relação ao eixo geométrico transversal do pistão.

11. Pistão de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que fendas (13) que se estendem até o fundo de anel (8.3) são feitas nos encaixes radialmente externos (8.1) e radialmente internos (8.2), as di- tas fendas (13) sendo distribuídas não-uniformemente sobre a circunferência do anel (8), de modo a produzir uma pluralidade de encaixes (8.1, 8.2) que tem diferentes comprimentos de aresta (L).

12. Pistão de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a fenda (13) tem uma largura de 2 a 3 mm e os comprimentos de aresta (L) são de 15 a 20 mm.

13. Pistão de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o anel (8) em forma de U está radialmente dividido de tal modo que uma largura de boca (M) é formada, a dita largura de boca (M) formando uma entrada de óleo de resfriamento (16) ou uma saída de óleo de resfria- mento (17) para o canal de resfriamento (6).

14. Pistão de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o anel (8) em forma de U é feito de sulfeto de polifenileno (PPS) ou uma poliimida (PI).