BRPI0612970A2 - sealing device for an internal combustion engine piston - Google Patents
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Abstract
DISPOSITIVO DE VEDAçãO PARA UM PISTãO DE MOTOR DE COMBUSTãO INTERNA. A presente invenção se refere à um dispositivo para a vedação de um pistão (1), compreendendo ao menos um segmento (2) montado em uma ranhura (4a) do pistão, caracterizado por compreender um membro (3) para a manutenção do segmento (2) para pressionar o segmento (2) contra um dos flancos da ranhura (4a).SEALING DEVICE FOR AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE PISTON. The present invention relates to a device for sealing a piston (1), comprising at least one segment (2) mounted in a groove (4a) of the piston, characterized in that it comprises a member (3) for the maintenance of the segment ( 2) to press the segment (2) against one side of the groove (4a).
Description
A presente invenção reivindica a prioridade do Pedido de Patente Francês No.The present invention claims the priority of French Patent Application No.
.0506027 requerido em 14/06/2005, cujo contexto integrai (relatório descritivo, S reivindicações resumo e desenhos) é incorporado à presente, por referência. A presente invenção se refere aos motores de combustão interna, e notatíamente tendo por objeto um dispositivo para a vedação de um pistão. A invenção ser refere mais particularmente à um pistão comportando ao menos um segmento, o referido segmento estando disposto no interior de uma garganta de forma anular conduzida na periferia do pistão, e mantida contra o fianco inferior da garganta de formato anular e por um membro de manutenção interposto entre a face superior do referido segmento e do fianco superior da referida garganta. Nos motores à combustão interna, é conhecido pelo estado da técnica, um ou vários segmentos de pistões alojados no interior de uma garganta do pistão, de maneira a assegurar a vedação entre a parte inferior do motor que compreende o cárter de óleo de lubrificação, e a parte superior do motor que compreende a câmara de combustão. Preferivelmente, três tipos de segmentos de pistão são necessários para assegurar essa vedação ou impermeabilização quando o pistão estiver em movimento de translação dentro da camisa. Qualquer um dos segmentos desempenha um papei determinado. Assim sendo é conhecido pelo estado da técnica a colocação de urna garganta superior, um segmento da referida garganta superior destinada a resistir ao calor e assegurar a vedação da câmara de combustão, no interior de uma garganta inferior, um segmento raspador destinado a impedir a elevação do óíeo do cárier e conseqüente vazamento de óleo sobre a câmara de combustão, e dentro de ao menos uma garganta intermediária, um segmento de compressão assegurando a recuperação do óleo que se eleva e vaza do cárter do óleo. Todavia, a vedação da câmara de combustão não é totalmente assegurada pelos segmentos de vedação superior e se observa um certo volume de gasolina contra a parte inferior do motor a despeito da presença do segmento de vedação superior. Várias causas dão origem a esse fenômeno. Na chegada, os segmentos de vedação ou impermeabilização apresentam um corte necessário para a abertura do segmento no momento da operação de montagem do segmento na garganta superior, Quando o segmento está em contato plano sobre um dos flancos da garganta, ele se forma então em uma passagem para os gases de combustão ao nível do corte do segmento. Transversalmente a essa passagem, os volumes de gasolina referidos corno "blow-by" (passagem de óieo para a câmara de combustão) observado em piena carga do volume do gasoíina na fases de elevação representam ao menos 85% do volume total. Logo após, sob determinadas condições de carga e de regime, o segmento de vedação superior se mostram instáveis e não asseguram mais uma perfeita vedação. Esse fenômeno de pulsação é geralmente observado sob fraca carga e em alto regime. Durante essas fases de pulsação do voiume de gasolina aumenta subitamente até seis vezes o volume da plena carga, sendo acompanhada de uma diminuição da potência e de um aumento da diluição (presença de essência no óleo), igualmente sob fraca carga e muito alto regime, o primeiro segmento poderá ficar achatado sobre o flanco superior da primeira garganta dependendo que o pistáo esteja de diminuição de tensão. Nessas condições a pressão no interior da câmara não permite a compensação dos esforços resultantes da inércia do segmento. Dessa forma, o segmento permanece achatado sobre o flanco superior da garganta. Os segmentos apresentam um leve abaulamenío sobre a superfície friccionada. Esse abaulamento se expõe à pressão da gasolina de combustão em uma superfície suficiente para gerar um esforço resultante radiai capaz de produzir a destruição temporária do segmento. Se observa então um aumento muito importante do volume do gasolina de combustão sobre o cárter. Esse fenômeno pe conhecido sob o nome de "colapso radial". Os dois fenômenos precipitados se produzem sobre a mesma região de regime e carga. A fim de assegurar as condições de depressão no cilindro do cárter e na parte inferior face a face das vedações do motor, o conjunto do gasolina blow-by (passagem do óleo para a câmara de combustão) deverá ser evacuado. Depois de muito tempo as normas ambientais impuseram o tratamento desse gasolina. Essa operação é realizada por um ou mais desengordurantes que são ligados ao repartidor de admissão. Cada vez mais os voiumes de gasolina são importantes e cada vez mais os sistemas são complexos. Em certos casos, a configuração dos motores, na presença de elevados volumes não permitem a diminuição do óleo sobre o cárter de óleo. A parte traseira do cárter se obstrui no momento em que o motor re-aspira. óieo. Isso poderá !evar a destruição do motor. Em resumo, os movimentos de pulsações axiais do segmento superior diminuem a impermeabilização ou vedação face a face dos volumes de gasolina da câmara de combustão sobre o cárter de óieo, e desse modo, a elevação da temperatura faz a gasolina se mistura ao óieo do cárter. Por esse motivo, a presente invenção tem por objetivo limitar os movimentos de pulsação axiai de um segmento de vedação ou impermeabilização. Com efeito, a presente invenção, tem por objetivo um dispositivo de vedação de um pistão compreendendo ao menos um segmento montado no interior da garganta do pistão, caracterizada por compreender um membro de manutenção do segmento para achatar o referido segmento contra um dos flancos da garganta. Aíém disso, a presente invenção apresenta as seguintes características:.0506027 filed June 14, 2005, the full context of which (descriptive report, summary claims and drawings) is incorporated herein by reference. The present invention relates to internal combustion engines, notably having as object a piston sealing device. The invention relates more particularly to a piston having at least one segment, said segment being disposed within an annularly shaped throat conducted at the periphery of the piston, and held against the lower annular throat fianco and by a piston member. maintenance interposed between the upper face of said segment and the upper neck of said throat. In engines of internal combustion, it is known in the state of the art, one or more piston segments housed within a piston throat to ensure sealing between the bottom of the engine comprising the lubricating oil sump, and the upper part of the engine comprising the combustion chamber. Preferably, three types of piston segments are required to ensure such sealing or sealing when the piston is in translational motion within the jacket. Either segment plays a particular role. Accordingly, it is known in the art to place an upper throat, a segment of said upper throat designed to resist heat and to seal the combustion chamber, within a lower throat, a scraper segment intended to prevent elevation. of the oil from the carrier and consequent oil leakage into the combustion chamber, and within at least one intermediate throat, a compression segment ensuring recovery of oil that rises and leaks from the oil pan. However, the combustion chamber is not fully sealed by the upper sealing segments and a certain volume of gasoline is observed against the underside of the engine despite the presence of the upper sealing segment. Several causes give rise to this phenomenon. On arrival, the sealing or waterproofing segments have a cut necessary for opening the segment at the time of the upper throat segment mounting operation. When the segment is in flat contact on one of the throat flanks, it then forms in a passage to the flue gas at the segment cutoff level. Transverse to this passage, the gasoline volumes referred to as "blow-by" observed at the smallest load of the gasoline volume in the lifting phases represent at least 85% of the total volume. Afterwards, under certain load and running conditions, the upper sealing segment is unstable and no longer ensures perfect sealing. This pulsation phenomenon is usually observed under low load and at high regime. During these pulsating phases of gasoline voium, the volume of the full charge suddenly increases to six times the volume of the full load, accompanied by a decrease in power and an increase in dilution (presence of essence in the oil), also under low load and very high regime. The first segment may be flattened over the upper flank of the first throat depending on whether the piston is decreasing in tension. Under these conditions the pressure inside the chamber does not allow compensation of the forces resulting from the inertia of the segment. Thus, the segment remains flat on the upper flank of the throat. The segments have a slight bulging on the rubbed surface. This bulging exposes itself to the pressure of combustion gasoline on a surface sufficient to generate a resulting radiation effort capable of producing temporary destruction of the segment. There is then a very significant increase in the volume of combustion gasoline over the crankcase. This phenomenon is known under the name of "radial collapse". The two precipitate phenomena occur over the same region of regime and charge. In order to ensure depression conditions in the crankcase cylinder and in the underside of the engine seals, the blow-by gasoline assembly must be evacuated. After a long time environmental standards imposed the treatment of this gasoline. This operation is performed by one or more degreasers that are connected to the intake manifold. More and more gas voices are important and more and more systems are complex. In certain cases, the configuration of the engines in the presence of high volumes does not allow the oil to fall over the oil pan. The rear of the crankcase clogs as the engine resumes. I hate it. This may prevent engine destruction. In summary, the upper segment axial pulsation motions decrease the sealing or face-to-face sealing of the combustion chamber's gasoline volumes over the oil pan, and thus raising the temperature causes the gasoline to mix with the oil in the crankcase. . Therefore, the present invention aims to limit the axial pulsating motions of a sealing or waterproofing segment. The present invention is directed to a piston sealing device comprising at least one segment mounted within the piston throat, characterized in that it comprises a segment maintenance member for flattening said segment against one of the throat flanks. . Furthermore, the present invention has the following characteristics:
- O membro de manutenção se encontra disposto entre o segmento e o flanco superior da garganta;- The maintenance member is arranged between the segment and the upper throat flank;
- O membro de manutenção compreende uma parte circunferenciaí formando uma mola espiral e dotada de urna sucessão de vértices em contato com o segmento ou o flanco da garganta;The maintenance member comprises a circumferential part forming a spiral spring and provided with a succession of vertices in contact with the throat segment or flank;
- O membro de manutenção compreendendo uma parte circunferenciaí formando uma mola espiral e dotada de uma sucessão de vértices em contato alternativamente com o segmento ou flanco da garganta;The maintenance member comprising a circumferential part forming a spiral spring and provided with a succession of vertices in alternate contact with the throat segment or flank;
- A parte circuníerenciai formando vértice sendo constituída de urna sucessão de formas trapezoidais cujos vértices estando em contato alternativamente com o flanco superior da garganta e com a face superior do segmento;- The circumferential part forming a vertex consisting of a succession of trapezoidal forms whose vertices being in alternate contact with the upper flank of the throat and the upper face of the segment;
- A parte circunferência! formando uma mola espiral apresentando urna inclinação superior à um valor Kmin de maneira a manter o segmento em contato com o flanco inferior da garganta;- The circumference part! forming a coil spring having an inclination greater than a Kmin value to maintain the segment in contact with the lower throat flank;
- A parte circunferenciaí formando uma mola espiral apresentando urna inclinação inferior à um valor Kmax de maneira a permitir a livre rotação do segmento em torno do eixo do pistão;- The circumferential part forming a coil spring having an inclination of less than a Kmax value to allow free rotation of the segment about the piston axis;
- A parte circunferenciaí formando uma mola espiral apresentando um corte com duas bordas elevadas; 4/8The circumferential part forming a spiral spring having a cut with two raised edges; 4/8
-O segmento comporta ao !ongo de sua periferia interior uma caiha e o membro de manutenção dotado de meios para se enganchar na calha;The segment comprises at its inner periphery a tail and the maintenance member provided with means for hooking into the rail;
-O membro de manutenção com porta ainda esporões;-The maintenance member with door still spurs
-A parte circunferência! é fabricada para recortar, embater e dobrar a partir de urn ramo flexível de aço à mola espiral.-The circumference part! It is made to cut, bend and bend from a flexible spring-loaded spiral branch.
A invenção se refere igualmente à um pistão de motor à combustão interna comportando ao menos um dispositivo de vedação/impermeabilização , de acordo com quaisquer das reivindicações precedentes. A invenção será melhor compreendida fazendo-se referência aos desenhos apresentados em anexo, em caráter exempiifícativo, e não limitativo, nos quais:The invention also relates to an internal combustion engine piston comprising at least one sealing / sealing device according to any of the preceding claims. The invention will be better understood by reference to the accompanying drawings, by way of example, not limitation, in which:
-A Figura 1 é uma representação esquemática de uma parte de um motor composto notadamente de um virabrequim e de um pistão montados na culatra e comportando três gargantas de segmentos;Figure 1 is a schematic representation of a part of an engine consisting notably of a crankshaft and a piston mounted on the breech and having three segment necks;
-A Figura 2 é uma representação esquemática da parte superior de um pistão de um motor à combustão interna comportando o dispositivo deFigure 2 is a schematic representation of the upper part of a piston of an internal combustion engine comprising the
vedação/impermeabilização de acordo com a invenção;sealing / sealing according to the invention;
-A Figura 3 é uma representação esquemática detalhada do dispositivo de vedação/impermeabilização, de acordo com a invenção;Figure 3 is a detailed schematic representation of the sealing / sealing device according to the invention;
-A Figura 4 é uma representação esquemática da face do dispositivo de 20 vedação/impermeabilização da Figura 3.Figure 4 is a schematic representation of the face of the sealing / sealing device of Figure 3.
A Figura 1 representa uma parte de um motor de combustão interna composto notadamente de um virabrequim 9, de uma biela 8, e de um pistão 1 colocado dentro de uma camisa 7 e provido de três gargantas 4a, 4b, 4c, destinadas a alojar qualquer segmento do pistão. Quando o virabrequim entra em rotação, ele 25 se coloca em movimento de translação por via da biela 8 e do pistão 1 na camisa 7. A Figura 2 representa o pistão 1 comportando dentro de sua garganta 4a um segmento de vedação superior 2. Entre a parte superior da garganta 4a e a face superior do segmento 2 é interposto um membro de manutenção 3 destinado a chapear por sua rigidez axial, o segmento 2 contra a parte inferior da garganta 4a. Mais precisamente e como descrito na Figura 3, o referido segmento de vedação superior 2 é dotado ao longo de sua periferia interior de uma caiha. Além disso, o referido membro de manutenção 3 comporia notadamente uma parte circunferência! 3a, formando uma mola espiral , constituída de uma sucessão de formas trapezoidais, cujos cumes estão em contato alternativamente com o flanco superior da garganta 4a e com a face superior do segmento 2. O referido membro de manutenção 3 comporta igualmente uma quantidade N de ganchos 3b dispostos regularmente do lado interior da parte circunferência! 3a e destinados a enganchar o membro de manutenção 3 à calha do segmento 2. Mais precisamente, os ganchos 3b são vistos pelos cumes da parte circunferência! formando uma moia espiral, em contato com a face superior so segmento. De acordo com o modo de realização representado peia Figura 3; a caiha 5, realiza por usinagem, apresenta uma presiiha para os ganchos 3b. De acordo com outro modo de realização não representado pelas figuras, a calha 5 poderá ser cavada no segmento 2 permitindo assim o alojamento dos ganchos .3b. Em resumo, os ganchos 3b asseguram uma posição diametral do membro de manutenção 3 para se conectar ao segmento 2 relativamente fixo. Se notará que os ganchos 3b exercem esforços radiais que garantem a extensão radial do segmento 2. Além disso, a parte circunferência! 3a formando uma mola espiral apresenta uma rigidez destinada a suprimir os movimentos da pulsação axiai üo segmento 2. A rigidez é assim superior à um valor Kmin de maneira a manter o segmento 2 em contato com o fianco inferior da garganta 4a. De idêntica sorte, a rigidez é inferior à urn valor Kmax de maneira a permitir a livre rotação do segmento 2 em torno do eixo 6 do pistão 1. Ele não gerará nenhum efeito demasiado de fricção entre o segmento 2 e o flanco inferior da garganta 4a , visto que ele poderá produzir os fenômenos de micro sondagem no momento da rodagem do motor quando do uso. Os marcos quilométricos Kmin e Kmax delimitam a rigidez que são calculadas notadamente em função da massa do segmento 2, ao regime do motor máximo e do curso do pistão 1. Vantajosamente1 a parte circunferência! 3a formando a moia espiral apresenta em seu corte duas bordas elevadas 3d que estão em contato permitindo o esmagamento periférico da referida parte circunferência! 3a durante a fase de montagem. Vantajosamente, o membro de manutenção 3 comporia ainda esporões 3c que facilitam a montagem conjunta constituída pelo segmento 2 e pelo membro de manutenção 3 na garganta 4a. Com relação à fabricação, a calha 5 é obtida diretamente por usinagem do segmento de vedação/impermeabilização 2.0 membro de manutenção 3 é fabricado por recorte, embate e dobragem a partir de um membro flexíve! de aço na mola espiral. Com relação à montagem, se procede de acordo com a vedação do membro de manutenção 3 sobre o segmento 2 por meio de ganchos 3b, após a montagem de maneira clássica juntamente constituída peio segmento 2 e peio membro de manutenção 3 na garganta 4a. O membro de manutenção 3 é então montado na garganta 4a achata o segmento 2 contra a face inferior da garganta .4a face a sua resistência. Por outro aspecto, eie se adapta à varias larguras da garganta e apresenta assim urn caráter auto-adaptável. Dessa forma, a invenção propõe um dispositivo de vedação/impermeabilização que resolve os problemas de batimento e pulsação axia! dos segmentos do pistão interpondo um membro de manutenção pouco dispendioso.Figure 1 is a part of an internal combustion engine notably composed of a crankshaft 9, a piston rod 8, and a piston 1 placed inside a jacket 7 and provided with three necks 4a, 4b, 4c for housing any piston ring. When the crankshaft rotates, it 25 moves in a translational motion via the rod 8 and piston 1 on the sleeve 7. Figure 2 represents piston 1 having within its throat 4a an upper sealing segment 2. Between the the upper throat 4a and the upper face of segment 2 are provided with a maintenance member 3 designed to plate for its axial stiffness, the segment 2 against the lower throat 4a. More precisely and as described in Figure 3, said upper sealing segment 2 is provided along its inner periphery with a tail. Furthermore, said maintenance member 3 notably comprises a circumference part! 3a forming a spiral spring consisting of a succession of trapezoidal shapes whose ridges are alternately in contact with the upper flank of throat 4a and the upper face of segment 2. Said maintenance member 3 also comprises a number of hooks N 3b arranged regularly on the inner side of the circumference part! 3a and for hooking the maintenance member 3 to the segment 2 rail. More precisely, the hooks 3b are seen by the ridges of the circumference part! forming a spiral shape in contact with the upper face of the segment. According to the embodiment shown by Figure 3; cage 5, machined, has a hook for hooks 3b. According to another embodiment not shown by the figures, the rail 5 may be dug in segment 2 thus allowing the housing of hooks 3b. In summary, the hooks 3b ensure a diametrical position of the maintenance member 3 to connect to the relatively fixed segment 2. It will be noted that the hooks 3b exert radial forces that guarantee the radial extension of segment 2. In addition, the circumference part! 3a forming a coil spring has a stiffness designed to suppress the movements of the axial pulsation of segment 2. The stiffness is thus greater than a Kmin value so as to keep segment 2 in contact with the lower throat neck 4a. Similarly, the stiffness is less than a Kmax value to allow the free rotation of segment 2 about piston axis 1. It will not generate any excessive frictional effect between segment 2 and the lower flank of throat 4a. , as it may produce the micro sounding phenomena at engine running time when in use. The milestones Kmin and Kmax delimit the stiffness which is calculated notably as a function of the mass of segment 2, the maximum engine speed and piston stroke 1. Advantageously1 the circumference part! 3a forming the spiral mill has in its cut two raised 3d edges which are in contact allowing the peripheral crushing of said circumference part! 3a during the assembly phase. Advantageously, the maintenance member 3 further comprises spurs 3c which facilitate joint assembly consisting of segment 2 and maintenance member 3 in throat 4a. With respect to fabrication, the chute 5 is obtained directly by machining the sealing / waterproofing segment 2.0 maintenance member 3 is manufactured by cutting, bumping and bending from a flexible member! steel in the spiral spring. In connection with the assembly, the maintenance member 3 is sealed over the segment 2 by means of hooks 3b, after assembly in a classic manner together formed by the segment 2 and the maintenance member 3 in the throat 4a. The maintenance member 3 is then mounted on the throat 4a flattens segment 2 against the lower face of the throat 4a against its resistance. On the other hand, it adapts to various throat widths and thus has a self-adapting character. Thus, the invention proposes a sealing / sealing device that solves the problems of beating and axial pulsation! piston rings by interposing an inexpensive maintenance member.
Claims (11)
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