BRPI0618097A2 - pistão - Google Patents

Abstract

Algumas das modalidades de um pistão 100 podem ter um formato que proporciona guia aperfeiçoada de pistão. Em tais modalidades, o formato do pistão pode incluir um perfil axial que é configurado para prover certas características de carga de empuxo.

Description

PISTÃO

DECLARAÇÃO COM RELAÇÃO À PESQUISA E DESENVOLVIMENTOPATROCINADOS PELO GOVERNO FEDERAL

O Governo dos Estados Unidos tem uma licença saldadanessa invenção e o direito em circunstâncias limitadas derequerer que o proprietário da patente licencie outros emtermos razoáveis conforme provido pelos termos do DE-FC02-01CD11080 outorgado pelo Departamento de Energia.

REFERÊNCIA A PEDIDOS RELACIONADOS

O presente pedido reivindica o benefício de prioridadepara o Pedido de Patente US 11/265.870 depositado em 3 denovembro de 2005 e Pedido de Patente US 11/265.948depositado em 3 de novembro de 2005 ambos intitulados"Pistão".

CAMPO TÉNICO

Esse documento se refere aos pistões para uso emmotores ou semelhantes.

ANTECEDENTES

Vários tipos de motores podem utilizar pistões em umdiâmetro interno de cilindro. Cada pistão pode se deslocar

em movimento alternado dentro de seu diâmetro internoassociado quando uma porção da superfície circunferencialexterna do pistão é guiada pela parede do cilindro. Opistão pode incluir uma saia que é moldada para se apoiar

contra a parede do cilindro (com uma camada hidrodinâmicaentre elas para prover lubrificação) quando o pistão édeslocado alternadamente no diâmetro interno do cilindro.Em geral, a porção inferior do pistão dentro da saia depistão é substancialmente oca enquanto que a porção superior do pistão próximo à face do pistão é sólida.Conseqüentemente, o pistão pode ter expansão térmica não-uniforme e rigidez não-uniforme.

Concentrações de tensão causadas pela expansão térmicado pistão, flexão, e oscilação no diâmetro interno podemfazer com que o pistão "esfregue" ou de outra forma rocecontra a superfície da parede do cilindro após movimentosalternados repetidos. Além disso, a expansão térmica domaterial de pistão pode aumentar a força de contato entre opistão e o diâmetro interno, causando elevada fricção quepode resultar em perda de eficiência e possívelemperramento do pistão no diâmetro interno do cilindro. Seo raio externo do pistão for muito pequeno, a superfíciecircunferencial externa pode não se apoiar suficientementecontra a parede do cilindro fazendo com que o pistão oscileexcessivamente no eixo de pino do pistão ou vibre dentro dodiâmetro interno do cilindro.

SUMÁRIO

Certas modalidades da invenção incluem um pistão tendoum formato que pode prover orientação aperfeiçoada dopistão. Em tais modalidades, o formato do pistão podeincluir um perfil axial que considera as mudanças emrigidez do pistão a partir da porção inferior para a porçãosuperior.

Em algumas modalidades, um pistão pode incluir umaporção de cabeça, uma porção de saia, um perfil axial em umplano de empuxo. O perfil axial, quando o pistão estásubstancialmente em uma temperatura de operação, podeincluir um perfil de saia inferior e um perfil de saiaintermediário adjacente ao perfil de saia inferior. Pelomenos uma porção do perfil de saia intermediário pode teruma curvatura côncava no plano de erapuxo. 0 perfil axialtambém pode incluir um perfil de saia superior adjacente aoperfil de saia intermediário.

Em algumas modalidades, um equipamento pode incluir ummotor de combustão interna tendo pelo menos uma parededefinindo um diâmetro interno. 0 equipamento também podeincluir um pistão disposto para movimento alternado nodiâmetro interno. 0 pistão pode incluir uma porção decabeça e uma porção de saia. 0 pistão pode ter umasuperfície externa substancialmente circunferencial e pelomenos uma porção da superfície externa pode se apoiarcontra a parede em um plano de empuxo. A superfície externapode incluir uma porção de aba inferior, uma porção de abaintermediária, e uma porção de aba superior. A porção deaba intermediária pode incluir uma curvatura côncava noplano de empuxo quando o pistão está substancialmente natemperatura de operação.

Em algumas modalidades, um motor de combustão internapode incluir uma parede de diâmetro interno pelo menosparcialmente definindo um diâmetro interno. 0 motor tambémpode incluir um pistão que se desloca no diâmetro internoem resposta a um evento de combustão que proporciona umcomponente de força de biela e um componente de força deempuxo. 0 componente de força de empuxo empurra o pistãocontra o lado de empuxo maior da parede do diâmetrointerno. O pistão pode incluir uma porção de cabeça e umaporção de saia. A porção de saia pode ter uma parede desaia substancialmente circunferencial que é operável paraser apoiar contra a parede de diâmetro interno em um planode empuxo. A parede de saia pode incluir um ponto de saiasuperior ao longo de um lado de empuxo maior do plano deempuxo separado de um ponto de saia inferior ao longo dolado de empuxo maior do plano de empuxo. A porção da paredede saia proximal ao ponto de saia inferior pode terflexibilidade radial substancialmente maior do que a porçãoda parede de saia proximal ao ponto de saia superior. Alémdisso, o ponto de saia superior e o ponto de saia inferiorpodem sustentar cargas laterais substancialmenteequivalentes quando o pistão é empurrado contra o lado deempuxo maior da parede do diâmetro interno.

Essas e outras modalidades podem ser configuradas paraprover uma ou mais das seguintes vantagens. Em primeirolugar, o formato do pistão pode prover melhor orientaçãodentro do diâmetro interno do cilindro. Em segundo lugar,em algumas modalidades o pistão pode ser configurado paraprover uma distribuição de carga mais uniforme ao longo dolado de empuxo maior da superfície circunferencial externa,o que pode reduzir ocorrências de "esfregação" ou de outromodo roçadura contra a parede de cilindro. Em terceirolugar, o formato do pistão pode reduzir o ângulo deoscilação da face superior do pistão, o que pode permitirespaços livres menores entre o topo do pistão e a parede docilindro. Tal redução desse espaço livre pode melhorar odesempenho e a eficiência do motor.

Certas modalidades da invenção incluem um pistão tendoum formato que pode prover orientação aperfeiçoada dopistão. Em tais modalidades, o formato do pistão podeincluir o perfil axial configurado para focalizar as forçasde reação de empuxo sobre a saia do pistão de modo que umcentróide de força da saia é posicionado em uma alturaaxial em ou ligeiramente abaixo do eixo pivô do pistão. Talconfiguração é capaz de reduzir o momento de força deempuxo que normalmente causaria um movimento de oscilaçãodo pistão. Além disso, tal configuração pode reduzir aprobabilidade de que porções mais rígidas do pistão rocemao longo da parede do cilindro, desse modo permitindo umafolga substancialmente menor entre a seção superior do quea parede de cilindro.

Em algumas modalidades, um motor de combustão internapode incluir pelo menos uma parede definindo um diâmetrointerno, e um pistão disposto no diâmetro interno eacoplado a uma biela de pistão para girar em torno de umeixo pivô. 0 pistão pode incluir uma superfície externasubstancialmente circunferencial tendo uma porção de cabeçae uma porção de saia abaixo da porção de cabeça. Pelo menosuma porção da superfície externa pode se apoiar contra aparede em um plano de empuxo quando o pistão estásubstancialmente em uma temperatura de operação e sujeito auma força de empuxo. A porção da força de empuxo sustentadapela porção de aba no plano de empuxo pode ser definida porum centróide de força de saia, e o centróide de força desaia pode ser posicionado em uma altura axial em ou abaixodo eixo pivô.

Algumas das modalidades de um pistão incluem um pistãopara uso em um motor tendo uma parede de diâmetro internode modo que, quando o pistão está substancialmente emtemperatura de operação e sujeito a uma força de empuxo, opistão pivota em torno de um eixo pivô para se apoiarcontra a parede de diâmetro interno em um plano de empuxo.

O pistão pode incluir uma superfície externasubstancialmente circunferencial tendo uma porção de cabeçae uma porção de saia abaixo da porção de cabeça. A porçãode cabeça pode ter pelo menos alguns raios no plano deempuxo que são maiores do que pelo menos alguns dos raiosda porção de saia quando o pistão está substancialmente natemperatura de operação de modo que a superfície externatem um deslocamento radial no plano de empuxo acima do eixopivô. A superfície externa do pistão pode sustentar pelomenos uma porção da força de empuxo no plano de empuxo. Aporção da força de empuxo sustentada pela porção de saia noplano de empuxo pode ser definida por um centrõide de forçade saia, e o centróide de força de saia pode serposicionado em uma altura axial em ou abaixo do eixo pivô.A porção da força de empuxo sustentada pela porção decabeça pode ser definida por um centróide de força decabeça, o centróide de força de cabeça pode sersubstancialmente menor em magnitude do que o centróide deforça de saia.

Essas e outras modalidades podem ser configuradas paraprover uma ou mais das seguintes vantagens. Em primeirolugar, o formato do pistão pode prover melhor orientaçãodentro do diâmetro interno do cilindro. Em segundo lugar, ocentróide das forças de reação de empuxo, sobre a saia dopistão pode ocorrer na altura axial do eixo pivô ouligeiramente abaixo dela enquanto as forças de reação deempuxo sobre a cabeça de pistão são relativamente pequenas.Como tal, o movimento da força de empuxo que normalmentecausaria um movimento de oscilação do pistão pode serreduzido. Em terceiro lugar, o desgaste associado às forçasde reação de empuxo sobre a cabeça de pistão pode serpequeno, ou insuficiente para causar roçadura substancial.Como tal, o pistão pode ser configurado para ter uma folgasubstancialmente menor entre a seção superior do que aparede de cilindro, o que pode reduzir as emissõesindesejáveis. Além disso, em algumas circunstâncias a folgamais justa entre a seção superior e a parede de cilindro ea magnitude inferior das forças de reação de empuxo sobre acabeça de pistão podem substancialmente reduzir o desgastena seção superior, no anel(is) de pistão, e na parede docilindro.

Os detalhes de uma o mais modalidades da invenção sãoapresentados nos desenhos anexos e na descrição abaixo.Outras características, objetivos e vantagens da invençãoserão evidentes a partir da descrição e desenhos, e apartir das reivindicações.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1A é uma vista lateral de um pistão e de umaporção de um motor de acordo com algumas modalidades dainvenção.

A Figura 1B é uma vista lateral do pistão da Figura1A.

A Figura 2 é uma vista em seção transversal de umpistão de acordo com algumas modalidades da invenção.

A Figura 3 é um diagrama mostrando um exemplo de umperfil axial de uma saia de pistão de acordo com umamodalidade da invenção.

A Figura 4 é uma vista esquemãtica de uma seçãotransversal de um pistão de acordo com algumas modalidadesda invenção.

A Figura 5 é um diagrama mostrando um exemplo de umperfil polar de um pistão de acordo com uma modalidade dainvenção.

A Figura 6 é uma vista em seção transversal de umpistão de acordo com algumas modalidades da invenção.

A Figura 7 é um diagrama mostrando um exemplo de umperfil axial de uma cabeça de pistão e saia de pistão deacordo com uma modalidade da invenção.

Símbolos de referência similares nos vários desenhosindicam elementos semelhantes.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES ILUSTRATIVAS

Com referência às Figuras IA-B, um pistão 100 é capazde se deslocar alternadamente dentro de um diâmetro internode cilindro 205 de um motor 200 (uma porção do motor 200foi removida da Figura IA para melhor visualização dopistão 100). Uma camada hidrodinâmica de óleo ou outrolubrificante pode revestir as porções da parede de cilindro210 para reduzir a fricção entre o pistão 100 e a parede decilindro 210. 0 pistão 100 pode ser engatado pivotantementecom uma biela de pistão 102 utilizando um pino 104. Em taiscircunstâncias, o pistão 100 pode pivotar em torno de umeixo de pino ou pivô 105 em relação à biela 102. A conexãode pino permite que o pistão 100 transmita forças para, oureceba forças a partir da biela 102 quando o pistão 100 sedesloca alternadamente dentro do diâmetro interno 205. Emcertas modalidades, o pistão 100 é construído integralmenteou em parte de alumínio ou ligas contendo alumínio, carbono(por exemplo, fibras de carbono e carbono/carbono), ferro,aço, ou outros materiais adequados e pode incluircombinações dos materiais mencionados acima ou outros.

Com referência à Figura IA, o diâmetro interno decilindro 205 pode definir pelo menos uma porção de umacâmara de combustão onde um evento de combustão 205 exerceuma força sobre o pistão 100 e causa um curso de expansão.A pressão de combustão pode ser transferida para o pistão100 em uma direção substancialmente paralela ao eixo dodiâmetro interno de cilindro 205 porque pelo menos umaporção da superfície superior do pistão 112 (Figura 1B)pode ser substancialmente perpendicular ao eixo do diâmetrointerno de cilindro 205. Uma porção da força a partir doevento de combustão 250 pode ser transmitida como umcomponente de força de biela 252 para a biela 102 (em umadireção longitudinal da biela 102) . Além disso, como abiela 102 pode não estar alinhada com a direção da força decombustão, uma porção da força a partir do evento decombustão 250 pode ser transmitida como um componente deforça de empuxo 254.

A força de empuxo 254 pode induzir uma superfície deempuxo maior 13 0 do pistão 100 contra um lado de empuxomaior 230 da parede de cilindro 210. 0 componente de forçade empuxo 254 pode estar no plano de empuxo, o qual é umplano substancialmente perpendicular ao eixo de pino 105que pode se estender ao longo de um eixo de empuxo 117(também mostrado na Figura 4) através da superfície deempuxo maior 130 do pistão 100. A força de empuxo 254 podegerar um momento em torno do eixo de pino 105, fazendo comque o pistão 100 pivote em torno do eixo de pino 105 de talmodo que o eixo de pistão 115 é inclinado a partir do eixodo diâmetro interno do cilindro em um ângulo de oscilação;

Para prover orientação durante o movimento alternado epara limitar o ângulo de oscilação do pistão 100 (oscilaçãoexcessiva poderia causar concentrações de tensão que"esfreguem" ou de outro modo roçam contra a parede decilindro 210), o pistão 100 pode incluir uma porção de saia120 que se apóia contra a parede de cilindro 210 -preferivelmente com uma camada hidrodinâmica delubrificante entre as mesmas. Essa porção de saia 120 podeguiar o pistão 10 0 para limitar o movimento de oscilação dopistão 100. Além disso, a saia de pistão 120 pode flexionarquando a força de empuxo 254 empurra o pistão 100 contra olado de empuxo maior 230 (descrito em mais detalhe abaixo) .

Deve ser entendido que, durante o curso de compressão(não mostrado na Figura IA) , o pistão 100 pode reagir a umaforça a partir da biela 102 na conexão de pino. Em algumasocorrências, a biela 102 pode forçar o pistão 100 acomprimir a câmara de combustão em antecipação ao evento decombustão subseqüente. Um componente de reação da força apartir da biela 102 pode ser na forma de uma força deempuxo que empurra a superfície de empuxo menor 104 dopistão 100 contra aquele lado de empuxo menor 240. Outravez, em tais circunstâncias, a saia de pistão 120 podeguiar o pistão 100 para limitar o movimento de oscilação dopistão 100.

Com referência à Figura IB, o pistão 100 inclui umaporção de cabeça de pistão 110 e a porção de saia de pistão120. A cabeça de pistão 110 pode incluir um topo de pistão112 que está voltado para a câmara de combustão descritaacima em conexão com a Figura IA. A cabeça de pistão 110pode incluir uma ou mais ranhuras de anel, tal como uma oumais ranhuras de montagem de anel comprimido 113 (duasmostradas) e uma ou mais ranhuras de montagem de anel-óleo114 (uma mostrada) . Em geral, a saia de pis tão 120 éadjacente à cabeça de pistão 110 e começa em ouaproximadamente, e se estende abaixo, da parede inferior daranhura de anel mais baixa (por exemplo, ranhura de anel 114 nessa modalidade) oposta à superfície superior depistão 112. A saia de pistão 120 inclui uma porçãogeralmente oca 121, proximal à parte inferior 122 do pistão100. A saia de pistão 120 também pode incluir diâmetrosinternos de pino 124 alinhados com o eixo de pino 105 para receber o pino 104. O pino 104 é unido com os furos de pino124 e é disposto na porção oca 121 da saia 120.

A cabeça de pistão 110 é geralmente mais rígida do quea saia de pistão 120, e em algumas modalidades, pode seruma construção sólida. Como tal, quando a força de empuxo254 empurra o pistão 100 contra o lado maior 230 da paredede cilindro 210, a saia de pistão 120 pode se flexionarsubstancialmente mais do que a cabeça de pistão 110.Contudo, a rigidez da saia de pistão 120 não énecessariamente constante a partir da parte inferior 12220 até a cabeça de pistão 110. Por exemplo, na modalidademostrada na Figura IB, a parede circunferencial 126 quecircunda a porção oca 121 geralmente aumenta em espessura apartir da parte inferior 122 em direção à cabeça de pistão110. Em tais circunstâncias, a saia de pistão 120 pode ser25 mais rígida próximo à porção de cabeça de pistão 110 dopistão 100 (onde a espessura de parede é maior).

Ainda com referência à Figura IB, o perfil axial (noplano de empuxo) do pistão 100 é ilustrado esquematicamentena temperatura de operação utilizando a linha de perfil30 axial 150. Devido às diferenças em temperaturas nos locaisdiferentes em torno do pistão 100 que ocorrem duranteoperação, a quantidade de expansão térmica do pistão 100 aolongo de seu eixo pode não ser uniforme. Conseqüentemente,o perfil axial do pistão 100 em temperatura ambiente (amaior parte ou todo o pistão está a 25 °C) pode serdiferente do que na temperatura de operação. A temperaturade operação é a distribuição de temperatura em torno dopistão 100 que é conseguida e mantida quando o motor 200 éoperado em estado constante por um período de tempoprolongado. A temperatura de operação pode variardependendo da configuração do motor, mas em geral, atemperatura de operação é substancialmente maior do que atemperatura ambiente. Por exemplo, na temperatura deoperação, as temperaturas do pistão podem estar na faixa de65,5°C a 537,8°F, e em algumas circunstâncias, na faixa de93,3°F a 371,1°F.

A linha de perfil axial 150 mostra mudanças nasuperfície circunferencial externa do pistão 100 em umadireção do longo do eixo de pistão 115. A linha de perfilaxial 150 ilustrada na Figura IB representa as mudanças noraio externo do pistão 100 em relação à altura axial em umaseção transversal do plano de empuxo. Como descritoanteriormente, o plano de empuxo é substancialmenteperpendicular ao eixo de pino 105 e pode se estender aolongo do eixo de empuxo 117 (também mostrado na Figura 4)através da superfície de empuxo maior 130 do pistão 100. Alinha de perfil axial 150 é mostrada na forma exageradaapenas com finalidades de ilustração. Deve ser entendidoque a mudança no raio externo do pistão 100 pode serpequena em relação ao tamanho total do pistão 100, de modoque o pistão 100 pode parecer substancialmente cilíndricoem formato quando visto a partir de uma distância. Nessamodalidade, a linha de perfil axial 150 ao longo dasuperfície de empuxo maior 130 é similar em formato à linhade perfil axial 150 ao longo da superfície de empuxo menor140 .

A linha de perfil axial 150 pode incluir uma linha deperfil de saia 152 coincidindo com a porção de saia 120 euma linha de perfil de cabeça 151 coincidindo com a porçãode cabeça de pistão 110. A linha de perfil de cabeça 151mostra que, nessa modalidade, o raio externo do pistãodiminui progressivamente próximo à superfície superior 112do pistão 100 (linha de perfil de cabeça 151 mostrada naFigura IB não ilustra os contornos exatos do pistão nasranhuras 113 e 114) . Como tal, o formato da cabeça depistão 110 pode prover algum espaço livre entre a bordasuperior do pistão 100 e a parede de cilindro 210. Esseespaço livre pode ser exigido para reduzir a probabilidadede roçadura contra a parede de cilindro 210 quando o pistão100 está orientado em seu ângulo de oscilação máximo. Aeficiência da transferência de pressão de combustão para opistão 100 pode ser aumentada, contudo, se o espaço livreentre a borda superior do pistão 100 e a parede de cilindro210 for reduzido. Nessa modalidade, o pistão 100 pode serprojetado para ter um espaço livre reduzido entre a bordasuperior do pistão 100 e a parede de cilindro 210. Conformedescrito em mais detalhe abaixo, a porção de saia de pistão120 pode ser configurada para se apoiar contra a parede decilindro 210 e carregar uma porção substancial da carga deempuxo quando a força de empuxo 254 empurra o pistão 100contra a parede de cilindro 210. Quando a porção de saia depistão 120 se apóia contra a parede de cilindro 210 e provêguia suficiente para o pistão 100, a tendência do pistão100 em oscilar em torno do eixo de pino 105 pode serreduzida, o que por sua vez permite um modelo tendo umespaço livre reduzido na borda superior do pistão 100.

Alternativamente, a linha de perfil de cabeça 151 dacabeça de pistão 110 pode ter um raio externo constante queé menor do que o raio da porção de saia 120. Em taismodalidades, certo espaço livre entre a borda superior dopistão 100 e a parede de cilindro 210 existiria. Outra vez,esse espaço livre pode ser reduzido fazendo-se com que asaia de pistão 12 0 se apoie contra a parede de cilindro 210e carregue uma porção substancial da carga de empuxo quandoa força de empuxo 254 empurra o pistão 100 contra a paredede cilindro 210, conforme descrito em mais detalhe abaixo.

Ainda com referência à Figura IB, pelo menos umaporção do perfil axial do pistão pode mudar para responderpor uma redução na rigidez do pistão 100. Conforme descritoanteriormente, a saia de pistão 120 pode ser menos rígidado que a cabeça de pistão 110. Em tais modalidades, asuperfície de empuxo maior 13 0 e a superfície de empuxomenor 14 0 podem ser moldadas para responder pelas mudançasem rigidez, por exemplo, mediante variação do raio externono plano de empuxo como uma função da espessura da paredede pistão, flexão da parede, e outros fatores.

A linha de perfil de saia 152 do pistão 100 inclui umalinha de perfil de saia inferior 154 e uma linha de perfilde saia intermediária 156, e algumas modalidades tambémpodem incluir uma linha de perfil de saia superior 158.Nessa modalidade, pelo menos uma porção da linha de perfilde saia inferior 154 pode ter uma curvatura convexaincluindo um ponto de raio máximo 155. Nessa modalidade, oponto de raio máximo 155 representa a localização dodiâmetro externo máximo da superfície circunferencial dopistão. O ponto de raio máximo 155 pode ocorrer ao longo dalinha de perfil de saia inferior 154 em uma altura axialacima da parte inferior 122 onde a parede circunferencial126 é menos rígida. (Em algumas modalidades, o ponto deraio máximo 155 pode ocorrer ao longo da linha de perfil desaia inferior 154 em ou próximo à parte inferior 122.) Aporção mais baixa da linha de perfil de saia inferior 154(por exemplo, proximal à parte inferior 122), enquantotalvez menos rígida, pode incluir uma curvatura convexa nosentido para dentro para evitar goivadura da parede decilindro 210. A curvatura convexa da linha de perfil desaia inferior 154 também ajuda na instalação do pistãodentro do diâmetro interno do cilindro, porque ajuda acentralizar o pistão no diâmetro interno de cilindro. Deveser entendido que em outras modalidades a linha de perfilde saia inferior 154 pode incluir outras curvaturas ouinclinações. Por exemplo, a porção mais baixa da linha deperfil de saia inferior 154 pode incluir um perfilsubstancialmente linear que representa uma redução linearno raio do pistão a partir de um local em ou em torno doponto de raio máximo 155 até um local em ou em torno daparte inferior de pistão 122. Em outras ocorrências, aporção inferior da linha de perfil de saia inferior 154pode não incluir redução no raio de pistão a partir de umlocal em ou em torno do ponto de raio máximo 155 até umlocal em ou em torno da parte inferior de pistão 122.

Nessa modalidade, a linha de perfil de saiaintermediária 156 inclui um primeiro ponto de inflexão 157,no qual a linha de perfil de saia inferior 154 se une àlinha de perfil de saia intermediária 156. Pelo menos umaporção da linha de perfil de saia intermediária 156 incluiuma curvatura côncava, mas deve ser entendido que outrasporções da linha de perfil de saia intermediária 156 podemincluir outras curvaturas ou inclinações. A curvaturacôncava pode responder por mudanças substanciais em rigideznas porções intermediárias da saia de pistão 120 causadas,por exemplo, por mudanças substanciais na espessura daparede circunferencial 126.

Nessa modalidade, a linha de perfil de saiaintermediária 156 inclui também um segundo ponto deinflexão 159, no qual a linha de perfil de saia superior158 se une à linha de perfil de saia intermediária 156.Pelo menos uma porção da linha de perfil de saia superior158 pode incluir uma curvatura convexa que se encontra coma linha de perfil de cabeça de pistão 151. A linha deperfil 158 pode ter, contudo, outros formatos. Por exemplo,a linha de perfil de saia superior 158 pode ter umainclinação substancialmente constante a partir de um localem ou próximo do segundo ponto de inflexão 159 até um localem ou próximo do início da cabeça de pistão 110. Namodalidade da Figura IB, nenhum dos raios da linha deperfil de cabeça de pistão 151 no plano de empuxo é maiordo que os raios da linha de perfil de saia superior 158 noplano de empuxo. Em outras modalidades, alguns raios dalinha de perfil de cabeça de pistão 151 no plano de empuxosão maiores do que os raios da linha de perfil de saiasuperior 158 no plano de empuxo. Além disso, na modalidadeda Figura IB, nenhum dos raios da linha de perfil de saiasuperior 158 no plano de empuxo é maior do que os raios dalinha de perfil de saia intermediária 156 no plano deempuxo.

Com referência agora à Figura 2, a linha de perfilaxial 150 do pistão 100 pode ser representada em um gráficomostrando o raio no plano de empuxo relativo à altura axiala partir da parte inferior de pistão 122. 0 gráfico naFigura 2 ilustra o perfil axial do pistão 100 em ou próximoda temperatura de operação e em ou próximo da temperaturaambiente. Como descrito anteriormente, o perfil axial dopistão 100 pode ser diferente dependendo de se o pistão 100está em ou próximo da temperatura de operação ou em oupróximo da temperatura ambiente. Por exemplo, a linha deperfil de saia intermediária 156 pode ser geralmenteconvexa ou linear quando o pistão está em ouaproximadamente na temperatura ambiente (consultar, porexemplo, a linha pontilhada no gráfico da Figura 2) , masdevido à expansão térmica da parede circunferencial, alinha de perfil de saia intermediária 156 pode se ajustarpara incluir a curvatura côncava à medida que se aproximada temperatura de operação (consultar, por exemplo, a linhasólida no gráfico na Figura 2) . Nas outras modalidades, alinha de perfil de saia intermediária 156 pode incluir umacurvatura côncava quando o pistão 100 está no estadotermicamente expandido e quando o pistão 100 está em umestado esfriado.

A Figura 2 mostra também a seção transversal plana deempuxo do pistão 100, a qual inclui a paredecircunferencial 126 circundando a porção oca 121. A paredecircunferencial 126 varia em espessura em uma direção aolongo do eixo de pistão 115, a qual pode afetar a rigidezda saia de pistão 120 em certas alturas axiais. Em umexemplo, a porção de saia inferior pode incluir um ponto noqual a espessura de parede 125 é de aproximadamente 0,48cm, a porção de saia intermediária pode incluir um ponto noqual a espessura de parede 127 é de aproximadamente 0,86cm, e a porção de saia superior pode incluir um ponto noqual a espessura de parede 129 é de aproximadamente 1,55cm. Como uma espessura de parede maior pode aumentar arigidez radial da parede circunferencial 126, o ponto desaia superior pode ter rigidez radial substancialmentemaior do que o ponto de saia inferior. Além disso, a saiade pistão 120 pode incluir furos de pinos 124 alinhados como eixo de pino 105 para receber o pino 104, o que podeafetar a rigidez da saia de pistão em certas alturasaxiais.

Como descrito anteriormente, a linha de perfil de saia152 pode ser moldada para responder pelas mudanças emrigidez da saia de pistão a partir da porção de saiainferior para a porção de saia superior. Em taismodalidades, algumas porções flexíveis da saia de pistão120 podem ter raios maiores no plano de empuxo de modo aflexionar quando exposta à carga de empuxo e fazer com quea saia de pistão 120 se apóie contra a parede de cilindro210 com uma distribuição de carga mais uniforme. Porexemplo, a porção inferior da saia de pistão 120 pode sermais flexível e, portanto, pode ter um ponto de raio máximo155 em interferência com a parede de cilindro 210 nastemperaturas de operação. Devido à flexão na porçãoinferior da saia de pis tão 120, contudo, a carga de áreaunitária em torno da porção inferior da salda do pistão ésubstancialmente similar à carga diária unitária em tornoda porção superior da saia (isto é, a porção superior maisrígida da saia 120 pode não se apoiar contra a parede decilindro 210 com uma porção substancialmente maior da cargade empuxo).

Ainda com referência à Figura 2, o pistão 100 pode

incluir opcionalmente um vaso de combustão 111. O vaso decombustão 111 pode ser utilizado para otimizar ascaracterísticas de combustão na câmara de combustão de ummotor. Por exemplo, um vaso de combustão 111 pode ser usadoem um pistão de um motor a gasolina, motor diesel ou motora gás natural. Em tais modalidades, o vaso de combustão 111não afeta significativamente a rigidez da cabeça de pistão110, e a cabeça de pistão 110 permanece substancialmentemais rígida do que porções da saia de pistão 120. Nessamodalidade, a linha de perfil de cabeça de pistão 151mostra que o raio da cabeça de pistão 110 no plano deempuxo é menor do que aquelas porções mais flexíveis dasaia de pistão 120.

A Figura 3 mostra um exemplo da linha de perfil desaia de pistão 152 representada em um gráfico onde o pistão100 está na temperatura de operação ou aproximadamente natemperatura de operação. Como a escala do raio de saia depistão foi limitada a uma faixa de 7,584 a 7,592 cm nesseexemplo, o formato da linha de perfil de saia 152 foiexagerado. Deve-se entender que as escalas dimensionaismostradas na Figura 3 têm apenas a finalidade deilustração, e que outras modalidades podem incluir umpistão tendo várias dimensões não ilustradas na Figura 3.Além disso, deve ser entendido que a curvatura do perfilaxial, a proporção, e o formato, mostrados na Figura 3, sãoapenas para fins ilustrativos, e que outras modalidadespodem incluir um perfil axial tendo várias curvaturas,proporções, e formatos não-ilustrados na Figura 3. Nesseexemplo, a linha de perfil de ensaio de pistão 152 mostrama diminuição geral no raio de saia a partir do ponto deraio máximo 155 em direção à porção de saia superior. Essadiminuição no raio de saia geralmente acompanha aflexibilidade da saia de pistão nesse exemplo, e a mudançaem taxa de raio decrescente coincide com uma transição deflexível/rígida da saia de pistão.

Com referência à Figura 3, a porção mais baixa dalinha de perfil de saia inferior 154 (por exemplo, próximoà parte inferior na altura axial = 0,000) inclui umacurvatura convexa no sentido para dentro para evitar

goivadura da parede de cilindro' 210 durante movimentoalternado do pistão 100. Nesse exemplo, a linha de perfilde saia inferior 154 inclui o ponto de raio máximo 155 emuma altura axial acima da parte inferior onde a saia depistão 120 é menos rígida. Conforme descrito anteriormente,pelo menos uma porção da linha de perfil de saiaintermediária 156 pode incluir uma curvatura côncava. Talcurvatura côncava pode, por exemplo, representar umamudança substancial dos raios da saia de pistão no plano deempuxo devido a uma mudança substancial na rigidez da saiade pistão. Nesse exemplo, a linha de perfil de saiaintermediária 156 se encontra com a linha de perfil de saiasuperior 158, em um segundo ponto de inflexão 159 e seestende em direção à linha de perfil de cabeça (nãomostrada no exemplo na Figura 3).

Conforme mostrado no exemplo na Figura 3, a linha deperfil de saia 152 pode ser formada para responder pelasmudanças em rigidez da saia de pistão 120 a partir daporção de saia inferior para a porção de saia superior, etal configuração pode permitir que a saia de pistão 120 seapóie contra a parede de cilindro 210 com uma distribuiçãode carga mais uniforme. Nessa modalidade, a curvaturacôncava ao longo de uma porção da linha de perfil de saia152 (por exemplo, ao longo da linha de perfil de saiaintermediária 156) pode ser uma parte do modelo de pistãoque permite a distribuição substancialmente uniforme dacarga de empuxo ao longo da saia de pistão 120. Se, poroutro lado, a linha de perfil de saia de pistão 152 incluiruma única curvatura convexa (quando o pistão está em ouaproximadamente na temperatura de operação) que prolonga aaltura axial total da saia, a porção superior da saia podecarregar uma carga de área unitária significativamentemaior do que a porção de saia inferior devido à carga deempuxo. Essa distribuição substancialmente não-uniforme dacarga de empuxo pode fazer com que o pistão "esfregue" oude outro modo roce contra a parede de cilindro (porque aporção de saia superior pode aplicar uma carga de áreaunitária maior à parede de cilindro sem flexionar como aporção de saia inferior).

Em algumas modalidades, incluindo as modalidadespreviamente descritas, a porção inferior da saia de pistão120 pode incluir um raio máximo 155 no plano de empuxo queé dimensionado para estar em interferência com a parede decilindro 210 nas temperaturas de operação. Em taismodalidades, nenhum emperramento do pistão 100 ocorreriadevido à flexão na porção inferior da saia de pistão 120. Aporção inferior da saia de pistão 120 flexiona de tal modoque a porção inferior da saia 120 é acionada por molacontra o lado de empuxo maior 230 e o lado de empuxo menor240 da parede de cilindro 210. Essa interação faz com que aporção inferior da saia 120 contribua na distribuição dacarga de empuxo, desse modo distribuindo parte da carga quepoderia de outro modo ser aplicada na porção de saiasuperior ou na porção de cabeça 110. Mediante criação deuma distribuição de carga mais uniforme ao longo da saia depistão 120, a probabilidade de gerar áreas locais deconcentrações de tensão relativamente elevadas é reduzida,o que por sua vez pode reduzir a probabilidade de"esfregar" ou de outra forma roçar contra a parede decilindro 210.

Também em algumas modalidades, o pistão 100 é providocom melhor orientação porque a porção inferior da saia 120é acionada por mola contra os lados de empuxo maior e menor230 e 240 da parede de cilindro 210 nas temperaturas deoperação. Como previamente descrito, quando a porção desaia de pistão 120 se apoia contra a parede de cilindro 210de tal maneira e provê orientação suficiente para o pistão100, a tendência do pistão 100 oscilar em torno do eixo depino 105 pode ser reduzida, o que por sua vez permite ummodelo tendo um espaço livre mínimo entre a cabeça depistão 110 e a parede de cilindro 210. Em taiscircunstâncias, é possível que fricção possa ser adicionadaao sistema quando a porção inferior da saia 120 é acionadapor mola para se encostar contra os lados de empuxo maior emenor 230 e 240 da parede de cilindro 210 em temperaturasde operação. Contudo, essa fricção adicionada pode serinsignificante porque uma ruptura na camada hidrodinâmicade lubrificante entre a parede de cilindro 210 e a saia depistão 120 não ocorre necessariamente. Além disso, essasmodalidades podem prover uma distribuição de carga maisuniforme entre as porções superior e inferior da saia 120(descrita previamente), o que pode reduzir a fricçãocausada mediante "esfregação" ou de outra forma roçandocontra a parede de cilindro 210. Tal redução em fricção de"esfregação" pode neutralizar qualquer fricçãopotencialmente acrescentada pela porção inferior da saia depistão 12 0 sendo acionada por mola para se apoiar contra oslados de empuxo maior e menor 230 e 240 da parede decilindro 210 nas temperaturas de operação.

Com referência à Figura 4, a linha de perfil polar dopistão 100 em ou próximo da temperatura de operação éesquematicamente ilustrada com uma linha de perfil polar170. A linha de perfil polar 170 mostra o formato dasuperfície circunferencial externa do pistão 100 em umplano radial em seção transversal. Nessa modalidade, alinha de perfil polar 170 é mostrada em uma seçãotransversal de plano radial na porção inferior da saia depistão 120 (vide a linha de seção transversal na Figura 1).O formato geral da linha de perfil polar 170 pode sersimilar mesmo se outra seção transversal de plano radialfor considerada em outra porção da saia de pistão 120. 0tamanho dos raios no perfil polar em outro plano radialpode estar em proporção ao raio externo nas superfícies deempuxo maior e menor 13 0 e 14 0 conforme mostrado na linhade perfil axial 150 e substancialmente acompanham o formatoconforme mostrado na Figura 4.

A linha de perfil polar 170 é mostrada na formaexagerada apenas com finalidades de ilustração. Deve serentendido que mudanças no raio externo do pis tão 100 noplano radial podem ser pequenas em relação ao tamanhoglobal do pistão 100, de modo que o pistão 100 pode parecerter um formato em seção transversal circular quando visto apartir de uma distância. Várias modalidades do pistão 100podem incluir saias de pistão tendo formatos em seçãotransversal que não coincidem perfeitamente com o formatoem seção transversal do diâmetro interno de cilindro 205.Na modalidade mostrada na Figura 4, o formatocircunferencial em seção transversal da saia de pistão 120é de certo modo semelhante a uma elipse modificada e não éassimétrico em torno do eixo de pino 105. Em outrasmodalidades, o formato circunferencial em seção transversalpode ter uma aparência diferente, tal como uma elipse ouuma elipse modificada que é simétrica em torno do eixo depino 105.

Com referência à Figura 4, o pistão 100 pode ter ummodelo de perfil polar que é assimétrico em torno de umeixo de pino 105. Nessa modalidade, a superfíciecircunferencial externa da saia de pistão 120 no planoradial em seção transversal tem um formato elípticomodificado que é substancialmente simétrico em torno doeixo de empuxo 117. Os raios máximos na linha de perfilpolar 170 ocorrem na superfície de empuxo maior 130 e nasuperfície de empuxo menor 140. Nesse plano radial, asuperfície de empuxo maior 130 e a superfície de empuxomenor 140 são dimensionadas suficientemente para apoiocontra a parede de cilindro 210 ao longo do lado de empuxomaior 230 e de um lado de empuxo menor 240,respectivamente. Tal interação entre a saia de pistão 120 ea parede de cilindro 210 pode fazer com que a saia 120 sejaflexionada no sentido para dentro em uma direção do eixo deempuxo 117 e seja flexionada correspondentemente no sentidopara fora em uma direção do eixo de pino 105. Por exemplo,quando a força de empuxo 254 (Figura 1) empurra asuperfície de empuxo maior 130 contra o lado de empuxomaior 230 da parede de cilindro 210, a superfície de empuxomaior 130 da saia de pistão pode se flexionar no sentidopara dentro. Essa flexão no sentido para dentro faz com quea saia de pistão 120 seja flexionada no sentido para forana direção do eixo de pino 105. Para permitir espaço livrepara essa flexão no sentido para fora na direção do eixo depino 105, os raios ao longo das superfícies de não-empuxo132 e 142 da saia de pistão 120 podem ser menores do que osraios ao longo das superfícies de empuxo maior e menor 130e 140 e podem ser menores do que o raio do diâmetro internode cilindro 205 em temperaturas de operação.

As cargas de empuxo sobre a superfície de empuxo maior130 podem ser maiores do que sobre a superfície de empuxomenor 140, de modo que a saia de pistão 120 pode não serflexionada uniformemente no sentido para fora. Em taismodalidades, o raio mínimo 175 pode não se estender em umadireção paralela ao eixo de pino 105, porém em vez dissopode ss estender em direção ao lado de empuxo maior do eixode pino 105 (por exemplo, o ponto de raio mínimo 176 nalinha de perfil polar 170 está afastado do eixo de pino 105e em direção à superfície de empuxo maior 130) . Nessa modalidade, a linha de perfil polar 170 é substancialmentesimétrica em torno do eixo de empuxo 117, de modo que oponto de raio mínimo 176 existe em ambos os lados do eixode empuxo 117. Como as cargas de empuxo sobre a superfíciee empuxo maior 130 podem ser maiores do que sobre a superfície de empuxo menor 140, a saia de pistão 120 podese flexionar no sentido para fora em maior amplitude do quesobre o lado de empuxo maior do que no lado de empuxomenor. Para considerar essa flexão não-uniforme da saia depistão 120, muitos dos raios no lado de empuxo menor do eixo de pino 105 podem ser relativamente maiores do que osraios de contraparte no lado de empuxo maior do eixo depino 105. Os raios relativamente maiores no lado de empuxomenor podem prover uma área de superfície maior para apoiocontra a parede de cilindro 210 e para guiar o pistão 100. O raio mínimo 175 no lado de empuxo maior do eixo de pino105 pode considerar a flexão no sentido para fora da saiade pistão 120 causada pela carga maior sobre o lado deempuxo maior do eixo de pistão 105.

A Figura 5 mostra um exemplo da linha de perfil polar170 (para um pistão 100 em ou aproximadamente natemperatura de operação) representada em um gráfico. Como aescala para o raio de saia de pistão foi limitada a umafaixa de 7,579 a 7,589 cm nesse exemplo, o formato da linhade perfil polar 170 foi exagerado. Deve ser entendido queas escalas dimensionais mostradas na Figura 5 são apenaspara fins ilustrativos, e que outras modalidades podemincluir um pistão tendo várias dimensões não-ilustradas naFigura 5. Além disso, deve ser entendido que a curvatura doperfil polar, proporção, e formato, mostrados na Figura 5,são apenas para fins ilustrativos, e que outras modalidadespodem incluir um perfil polar tendo várias curvaturas,proporções, e formatos não-ilustrados na Figura 5. Nesseexemplo, a linha de perfil polar 170 mostra que asuperfície circunferencial externa da saia de pistão 120 noplano radial de seção transversal tem um formato elipticomodificado que é assimétrico em torno do eixo de pino 105(e substancialmente simétrico em torno do eixo de empuxo117) .

Com referência à Figura 5, nesse exemplo, muitos dosraios no lado de empuxo menor do eixo de pino 105 podem serrelativamente maiores do que os raios da contraparte nolado de empuxo maior do eixo de pino 105. Por exemplo, oraio mínimo 175 tem um comprimento de aproximadamente7,5832 cm e ocorre em um ponto 176 no lado de empuxo maiordo eixo de pino 105 em ângulo de aproximadamente 25 graus apartir do eixo de pino 105. O raio de contraparte tem umcomprimento de aproximadamente 7,5857 cm e ocorre em umponto 178 no lado de empuxo menor do eixo de pino 105 em umângulo de aproximadamente 25 graus a partir do eixo de pino105. O raio máximo nesse perfil polar tem um comprimento deaproximadamente 7,5890 cm e ocorre nas superfícies deempuxo maior e menor 130 e 140. Os raios ao longo dassuperfícies de não-empuxo 132 e 142 são menores do que esseraio máximo para prover espaço livre para a flexão nosentido para fora da saia de pistão 120 na direção do eixode pino 105.

Outras modalidades do pistão podem incluir um perfilpolar que não é ilustrado na Figura 4 ou figura 5. Porexemplo, um pistão pode incluir o perfil axial mostrado naFigura 1, Figura 2, ou Figura 3 e pode incluir também umperfil polar tendo um formato elíptico modificado que éassimétrico em torno do eixo de pino 105. Em outro exemplo,um pistão pode incluir o perfil axial mostrado na Figura 1,Figura 2, ou Figura 3 e pode incluir também um perfil polartendo um formato elíptico que é simétrico em torno do eixode pino 105. Em modalidades tendo um perfil polarsimétrico, o raio mínimo pode ocorrer ao longo do eixo depino 105 e o raio máximo pode ocorrer ao longo do eixo deempuxo 117 nos lados de empuxo maior e menor.

Com referência agora à Figura 6, algumas modalidadesde um pistão 3 00 podem ser configuradas de modo que ocentróide das forças de reação de empuxo impostas ao ladode empuxo maior do pistão 3 00 está localizado proximal àlinha central 317 do pino de êmbolo. Tal configuração écapaz de reduzir o momento de força de empuxo quenormalmente causaria um movimento de oscilação do pistão300. Deve ser entendido que, nessas modalidades, a carga deempuxo não é necessariamente distribuída de uma maneiraperfeitamente uniforme ao longo do lado de empuxo maiortotal 330 da saia de pistão 320. Mesmo se algumas porçõesdo lado de empuxo maior 33 0 da saia de pistão 320sustentarem uma porção maior da carga de empuxo, o pistão300 pode ser configurado de tal modo que o centróideprincipal das forças de reação (representado como centróidede força RI) está localizado em ou ligeiramente abaixo daaltura da linha central do pino de êmbolo. Tal configuraçãopode efetivamente focalizar a carga de empuxo para a porçãomais flexível da saia de pistão (a porção de saia inferiornessa modalidade) e afastada das porções mais rígidas dopistão (a porção de saia superior e a cabeça de pistãonessa modalidade). Isso pode reduzir a probabilidade dasporções mais rígidas do pistão causar roçaduras ao longo daparede de cilindro, desse modo permitindo uma folgasubstancialmente menor entre a seção superior 316 e aparede de cilindro. Além disso, a carga de empuxo pode serconcentrada abaixo das ranhuras de anel 313 e 314 onde, emalgumas modalidades, existe um fornecimento mais generosode óleo do motor ou outro lubrificante para amortecer acarga de empuxo.

A Figura 6 mostra uma vista em seção transversal dopistão 3 00 no plano de empuxo. 0 pistão 300 pode teralgumas características similares a das modalidadespreviamente descritas, porém o pistão 3 00 tem um perfilaxial diferente 350. O pistão pode incluir uma porção decabeça 310, uma porção de saia 320, um eixo de pino 305 eum eixo de pistão 315. A porção de cabeça 310 pode ter umvaso de combustão 311, uma superfície 312, e ranhuras deanel 313 e 314 que operam de forma similar às modalidadespreviamente descritas. A porção de saia 320 pode ter umaparede circunferencial 326 que pelo menos parcialmentecircunda uma porção oca 321 proximal à parte inferior 322do pistão 300. A porção de saia 320 pode incluir um lado deempuxo maior 33 0 e um lado de empuxo menor 340 que podeengatar deslizavelmente a parede de cilindro de um motor,similar às modalidades previamente descritas.A linha de perfil axial 350 do pistão 300 pode serrepresentada em um gráfico mostrando o raio no plano deempuxo relativo à altura axial a partir da parte inferiorde pistão 322. O gráfico na Figura 6 ilustra o perfil axialdo pistão 300 em ou aproximadamente na temperatura deoperação (vide a linha sólida) e na temperatura ambiente ouaproximadamente na temperatura ambiente (vide linhatracejada). Como descrito anteriormente, o perfil axial 350do pistão 300 pode ser diferente dependendo de se o pistão300 está na temperatura de operação ou aproximadamente natemperatura de operação ou na temperatura ambiente ouaproximadamente na temperatura ambiente. Nessa modalidade,o perfil de saia intermediário 356 pode ser geralmenteconvexo ou linear quando o pistão está em um estadoesfriado, porém devido à expansão térmica da paredecircunferencial, o perfil de saia intermediário 356 pode seajustar para incluir a curvatura côncava. Em outrasmodalidades, o perfil de saia intermediário 356 podeincluir uma curvatura côncava tanto quando o pistão 300está em um estado termicamente expandido como quando opistão 300 está em um estado esfriado.

Ainda com referência à Figura 6, o perfil de saia dopistão pode incluir uma linha de perfil de saia inferior354, a linha de perfil de saia intermediária 356, e umalinha de perfil de saia superior 358. Nessa modalidade,pelo menos uma porção da linha de perfil de saia inferior354 pode ter uma curvatura convexa incluindo um ponto deraio máximo 355. Deve ser entendido que em outrasmodalidades a linha de perfil de saia inferior 354 podeincluir outras curvaturas ou inclinações. Por exemplo, aporção mais baixa da linha de perfil de saia inferior 354pode incluir um perfil substancialmente linear querepresenta uma redução linear no raio de pistão a partir doponto de raio máximo 355 até a parte inferior de pistão322. Em outras ocorrências, a porção mais baixa da linha deperfil de saia inferior 154 pode incluir nenhuma redução noraio de pistão a partir de um local em ou aproximadamenteno ponto de raio máximo 3 55 até um local em ouaproximadamente na parte inferior de pistão 322. A linha deperfil de saia intermediária 354 pode incluir um primeiroponto de inflexão 357, no qual a linha de perfil de saiainferior 354 se une à linha de perfil de saia intermediária356. Pelo menos uma porção da linha de perfil de saiaintermediária 3 56 inclui uma curvatura côncava quando opistão 3 00 está na temperatura de operação ouaproximadamente na temperatura de operação. Tal curvaturacôncava pode, por exemplo, representar uma mudançasubstancial dos raios da saia de pistão no plano de empuxodevido a uma mudança substancial na rigidez da saia depistão 320. Deve ser entendido que outras porções da linhade perfil de saia intermediária 356 podem incluir outrascurvaturas ou inclinações. A linha de perfil de saiaintermediária 356 também pode incluir um segundo ponto deinflexão 359, no qual a linha de perfil de saia superior358 se une à linha de perfil de saia intermediária 356.Pelo menos uma porção da linha de perfil de saia superior358 pode incluir uma curvatura convexa ou uma inclinaçãolinear que se encontra com a linha de perfil de cabeça depistão 360.

Nessa modalidade, pelo menos alguns dos raios da linhade perfil de cabeça de pistão 3 60 no plano de empuxo sãomaiores do que os raios da linha de perfil de aba superior358 no plano de empuxo. Por exemplo, os raios ao longo deuma porção da seção superior 316 e da segunda seção 318podem ser maiores do que alguns dos raios da saia superior358 quando o pistão 300 está na temperatura de operação ouaproximadamente na temperatura de operação, conformemostrado na porção deslocada 3 62 da linha de perfil decabeça de pistão 360. Além disso, em algumas modalidades osraios ao longo da terceira seção 319 podem sersubstancialmente um número menor do que aqueles da seçãosuperior 316 e da segunda seção 318. Tal configuração podecausar um deslocamento radial 3 64 entre a saia superior e acabeça de pistão, o qual pode ser usado para focalizar ocentróide das forças de reação de empuxo sobre a saia depistão 320 (representado como centróide de força RI) parauma posição axial na linha central ou ligeiramente abaixoda linha central 317 do pino de êmbolo (descrito em maisdetalhe abaixo).

A Figura 7 mostra um exemplo da linha de perfil axial350 representada em um gráfico onde o pistão está natemperatura de operação ou aproximadamente na temperaturade operação. Como a escala do raio de saia de pistão foilimitada a uma faixa de 7,594 a 7610 cm nesse exemplo, oformato da linha de perfil axial 350 foi exagerado. Deveser entendido que as escalas dimensionadas mostradas naFigura 7 são apenas para fins ilustrativos, e que outrasmodalidades podem incluir um pistão tendo várias dimensõesnão-ilustradas na Figura 7. Além disso, deve ser entendidoque a curvatura e perfil axial, proporção, e formatomostrado na Figura 7 são apenas para fins ilustrativos, eque outras modalidades podem incluir um perfil axial tendovárias curvaturas, proporções, e formatos não-ilustrados naFigura 7. Nesse exemplo, a porção mais baixa da linha deperfil de saia inferior 354 (por exemplo, próximo à parteinferior 322 na altura axial = 0.000) inclui uma curvaturaconvexa no sentido para dentro ou uma inclinação linear nosentido para dentro para evitar goivadura da parede docilindro durante o movimento alternado do pistão 300 e paraevitar, em algumas circunstâncias, um ajuste porinterferência quando o pistão 300 está em temperaturaambiente. Conforme descrito previamente, pelo menos umaporção da linha de perfil de saia intermediária 356 podeincluir uma curvatura côncava entre os pontos de inflexão357 e 359. Nessa modalidade, pelo menos alguns dos raios noperfil de cabeça de pistão 360 são maiores do que algunsdos raios no perfil de saia superior 358, o que cria umdeslocamento axial 364 quando o pistão 300 está natemperatura de operação ou aproximadamente na temperaturade operação.

Nas modalidades e exemplos descritos em conexão com asFiguras 6-7, a porção inferior da saia de pistão 320 podeincluir um raio máximo (por exemplo, ponto 355) no plano deempuxo que é dimensionado para estar em interferência com aparede de cilindro nas temperaturas de operação. Comodescrito anteriormente, nenhum emperramento do pistão 300ocorreria devido à flexão na porção inferior da saia depistão 320. A porção inferior da saia de pistão 320 é capazde flexionar de modo que a porção inferior da saia 320 éacionada por mola contra o lado de empuxo maior e o lado deempuxo menor da parede de cilindro. Essa interação faz comque a porção inferir da saia 320 suporte uma porçãosubstancial das forças de reação de empuxo. Além disso, alinha de perfil axial 350 do pistão 300 em um estadotermicamente expandido pode ser configurada de tal modo queo deslocamento radial 3 64 reduz as forças de reação deempuxo sobre a porção de saia superior 356 (por exemplo,alguma parte da saia superior pode nem mesmo contatar aparede de cilindro) e centraliza as forças de reação deempuxo de tal modo que um centróide (representado comocentróide de força R1) está localizado em ou ligeiramenteabaixo da linha central 317 do pino de êmbolo (por exemplo,localizado em uma altura axial em ou abaixo do eixo pivô305) . Tal configuração é capaz de reduzir o momento deforça de empuxo que ordinariamente causaria um movimento deoscilação do pistão 300. Além disso, tal configuração podereduzir a probabilidade das porções mais rígidas do pistão300 causar roçadura ao longo da parede de cilindro, dessemodo permitindo uma folga substancialmente menor entre aseção superior 316 que a parede de cilindro. Em taiscircunstâncias, mesmo se a seção superior 316 ou outraporção da cabeça de pistão 310 se apoiar contra o lado deempuxo maior da parede de cilindro, as forças de reação deempuxo na cabeça de pistão 310 (representada como centróidede força R2) são significativamente menores do que asforças de reação de empuxo na saia de pistão (representadocomo centróide de força R1) . Como tal, o desgaste criadopela cabeça de pistão 310 pode ser pequeno ou insuficientepara causar roçadura substancial.

Com referência às Figuras 6 e 7, o deslocamento radial364 pode substancialmente reduzir ou eliminar o contatoentre a parede de cilindro e a porção de saia superior 358.Como tal, a carga de empuxo pode ser substancialmentedistribuída ao longo de duas partes do lado de empuxo maior330 - ao longo da saia de pistão 320 e ao longo da cabeçade pistão 310. Essas duas partes podem suportar um conjuntodiferente de forças de reação de empuxo, as quais sãorepresentadas como centróide de força Rl e centróide deforça R2. Devido ao formato de perfil axial da saia 320 edevido ao deslocamento radial 364 da porção de saiasuperior, o centróide de força Rl pode ocorrer na linhacentral 317 do pino de êmbolo ou ligeiramente abaixo dela(proximal ao ponto de raio máximo 355) . Além disso, como acabeça de pistão 310 pode se apoiar contra a parede decilindro em resposta a uma força de empuxo, o centróide deforça R2 pode ocorrer ao longo do lado de empuxo maior dacabeça de pistão (por exemplo, proximal à segunda seção 318ou seção superior 316, e nessa modalidade, acima daterceira seção 319).

Supondo que o pistão 300 não tem força de aceleraçãotransversal (essa suposição é válida quando o pistão éempurrado para cima contra o revestimento do cilindro apósele se deslocar devido ao movimento secundário) , as forçasde reação de empuxo podem ser expressas como uma função daforça de empuxo que é transmitida através da linha centralde pino 317 (representada como força T na Figura 6). Essasexpressões são como a seguir:

<formula>formula see original document page 36</formula>

onde Xl é a porção axial do centróide das forças dereação de empuxo na saia de pistão 320 (representado comocentróide de força RI) em relação à altura da linha centralde pino de êmbolo 317, e onde X2 é a posição axial docentróide das forças de reação de empuxo na cabeça depistão 310 (representado como centróide de força R2) emrelação à altura da linha central de pino de êmbolo 317(consultar, por exemplo, a Figura 6).

Como o deslocamento radial 364 pode reduzir oueliminar substancialmente o contato entre a parede decilindro e a porção de saia superior 358, e devido ao pontode raio máximo 3 55 estando localizado em ou próximo daaltura da linha central de pino de êmbolo 317, o centróide(Rl) das forças de reação de empuxo sobre a saia de pistão320 pode ocorrer na altura ou ligeiramente abaixo da alturada linha central de pino de êmbolo 317 de modo que Xl érelativamente pequeno (por exemplo, X1<<X2). Quando Xl émuito menor do que X2, o centróide (R2) das forças dereação de empuxo sobre a cabeça de pistão 310 se tornarelativamente pequeno (por exemplo, R2<<R1). Em taiscircunstâncias onde R2 é muito menor do que RI, a força deempuxo (T) é substancialmente neutralizada pelas forças dereação sobre a saia de pistão 320 (por exemplo, quandoR2<<R1, então Rl = T) . Conseqüentemente, as forças dereação de empuxo sobre a cabeça de pistão 310(representadas como centróide R2) podem sersubstancialmente reduzidas, e o desgaste associado àsforças de reação de empuxo sobre a cabeça de pistão 310serão similarmente reduzidas. Como tal, o desgaste causadopela cabeça de pistão 310 pode ser pequeno ou insuficientepara causar roçadura substancial, e o pistão 300 pode serconfigurado para ter uma folga substancialmente menor entrea seção superior 316 que a parede de cilindro. Uma folgaestreita pode reduzir o volume entre a parede de cilindro ea cabeça de pistão 316 acima do anel de vedação da seçãosuperior 316 (isto é, o volume de fenda) . A mistura decombustão recebida no volume de fenda tipicamente não écompletamente queimada e desse modo é descarregada comohidrocarbonetos não queimados. 0 volume de fenda reduzidoreduz a quantidade da mistura de combustão não queimadadescarregada como emissões indesejadas, porque o volume damistura de combustão não queimada é menor. Além disso,quanto mais justa for a folga entre a seção superior 316 ea parede de cilindro e a magnitude inferior das forças dereação de empuxo sobre a cabeça de pistão 310 podem reduzirsubstancialmente o desgaste na seção superior 316, noanel(is) de pistão, e parede de cilindro.

Ainda com referência às modalidades e exemplosdescritos em conexão com as Figuras 6-7, o perfil axial dasaia de pistão 320 pode ser configurado de tal modo que ocentróide de força de reação (Rl) é alinhado na altura ouligeiramente abaixo da altura da linha central de pino deêmbolo 317. Por exemplo, o deslocamento radial 364 pode seraumentado para reduzir adicionalmente a quantidade daporção de saia superior 358 que se apóia sobre a parede decilindro, o que pode fazer com que o centróide de força dereação (Rl) seja posicionado em uma posição axial inferiorna saia 320. Além disso, a porção de saia inferior 354 podeincluir o raio máximo 355, proximal à altura da linhacentral de pino de êmbolo 317 de modo que quando a carga deempuxo aumenta e deflete a saia de pistão 320, a áreacarregadá da saia 320 pode aumentar, porém o centróide (Rl)das forças de reação de empuxo sobre a saia de pis tão 320podem permanecer na linha central de pino 317 ouligeiramente abaixo dela. Em tais circunstâncias, amagnitude do centrõide (Rl) para as forças de reação deempuxo sobre a saia de pistão 320 não excederia a magnitudeda força de empuxo (T). (Se o centróide de força de reação(Rl) migrasse em direção à porção superior da saia depistão 320, a posição axial (Xl) teria um valor negativo,desse modo fazendo com que a magnitude do centróide deforça de reação (Rl) fosse maior do que a magnitude daforça de empuxo (T)).

Algumas modalidades da invenção foram descritas. Nãoobstante, será entendido que várias modificações podem serfeitas sem se afastar do escopo da invenção. Por exemplo, operfil axial lateral de empuxo menor pode, em alguns casos,ser diferente do perfil axial lateral de empuxo maior. Alémdisso, nos casos onde os perfis axiais nos lados de empuxomaior e menor são substancialmente idênticos, o raio em umlado pode ser diferente do raio do outro lado.Conseqüentemente, outras modalidades estão dentro do escopodas reivindicações a seguir.

Claims (43)

1. Pistão caracterizado por compreender uma porção decabeça e uma porção de saia, o pistão tendo um perfil axialem um plano de empuxo, o perfil axial, quando o pistão estásubstancialmente em uma temperatura de operação, inclui:um perfil de saia inferior;um perfil de saia intermediário adjacente ao perfil desaia inferior, pelo menos uma porção do perfil de saiaintermediário tendo uma curvatura côncava no plano deempuxo, em que o perfil de saia intermediário tem raios quesão maiores que os raios do perfil de saia superior; eum perfil de saia inferior adjacente ao perfil de saiaintermediário.

2. Pistão, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção doperfil de saia inferior tem uma curvatura substancialmenteconvexa no plano de empuxo e pelo menos uma porção doperfil de saia superior tem uma curvatura substancialmenteconvexa no plano de empuxo.

3. Pistão, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o perfil de saiaintermediário se une à porção de saia inferior em um pontode inflexão entre a curvatura substancialmente côncava doperfil de saia intermediário e a curvatura substancialmenteconvexa do perfil de saia inferior.

4. Pistão, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que o perfil axial muda a partirda curvatura substancialmente convexa do perfil de saiainferior para a curvatura substancialmente côncava doperfil de saia intermediário para considerar uma mudança narigidez do pistão.

5. Pistão, de acordo com a reivindicação 2,caracterizado pelo fato de que o perfil de saiaintermediário se une à porção de saia superior em umsegundo ponto de inflexão entre a curvaturasubstancialmente côncava do perfil de saia intermediário ea curvatura substancialmente convexa do perfil de saiasuperior.

6. Pistão, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que o perfil de saia inferiortem raios que são maiores do que os raios do perfil de saiaintermediário.

7. Pistão, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado por compreender adicionalmente um perfilpolar em um plano radial, o perfil polar sendo assimétricoem torno de um eixo de pino.

8. Pistão, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que o perfil polar no planoradial inclui um raio mínimo se estendendo em direção a umlado de empuxo maior do eixo de pino.

9. Pistão, de acordo com a reivindicação 8,caracterizado pelo fato de que o raio mínimo se estendendoem direção ao lado de empuxo maior considera a flexão nosentido para fora do pistão causada pela carga do lado deempuxo maior.

10. Equipamento, caracterizado por compreender:um motor de combustão interna tendo pelo menos umaparede definindo um diâmetro interno; eum pistão disposto para movimento alternado nodiâmetro interno, o pistão compreendendo uma porção decabeça e uma porção de saia, o pistão tendo uma superfícieexterna substancialmente circunferencial e pelo menos umaporção da superfície externa se apoiando contra a parede emum plano de empuxo, em que a superfície externa inclui uma porção de saiainferior, uma porção de saia intermediária, e uma porção desaia superior, a porção de saia intermediária incluindo umacurvatura côncava no plano de empuxo quando o pistão estásubstancialmente em uma temperatura de operação, e a porçãode saia intermediária tendo raios no plano de empuxo quesão maiores que os raios da porção de saia superior noplano de empuxo.

11. Equipamento, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior inclui uma curvatura substancialmente convexa no plano deempuxo e a porção de saia superior inclui uma curvaturasubstancialmente convexa no plano de empuxo.

12. Equipamento, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que a superfície externa muda a partir da curvatura substancialmente convexa do perfil desaia inferior para a curvatura substancialmente côncava doperfil de saia intermediário para considerar uma mudança narigidez do pistão.

13. Equipamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior ea porção de saia superior são operáveis para distribuirsubstancialmente de forma uniforme uma carga de empuxo apartir do pistão para o lado de empuxo maior da parede.

14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferiorinclui um raio máximo que está em um ajuste porinterferência com a parede quando o pistão estásubstancialmente na temperatura de operação.

15. Equipamento, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior éflexionada quando no ajuste de interferência para evitaremperramento do pistão no diâmetro interno.

16. Equipamento, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior éacionada por mola contra os lados de empuxo maior e menorda parede quando no ajuste por interferência com a parede.

17. Equipamento, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que a superfície externa éoperável para guiar o pistão no diâmetro interno quando aporção de saia inferior é acionada por mola contra os ladosde empuxo maior e menor da parede.

18. Equipamento, de acordo com a reivindicação 16,caracterizado pelo fato de que quando a porção de saiainferior é acionada por mola contra os lados de empuxomaior e menor da parede, a porção de saia inferior e aporção de saia superior são operáveis para distribuirsubstancialmente de forma uniforme uma carga de empuxo apartir do pistão para o lado de empuxo maior da parede.

19. Equipamento, de acordo com a reivindicação 14,caracterizado por compreender ainda uma camada delubrificante entre uma porção da parede e uma porção dopistão.

20. Equipamento, de acordo com a reivindicação 10,caracterizado pelo fato de que o pistão compreende ainda umperfil polar em um plano radial e um eixo de pino, o perfilpolar sendo assimétrico em torno do eixo de pino.

21. Motor de combustão interna, caracterizado porcompreender:uma parede de diâmetro interno definindo pelo menosparcialmente um diâmetro interno; eum pistão que se desloca no diâmetro interno emresposta a um evento de combustão que provê um componentede força de biela e um componente de força de empuxo, ocomponente de força de empuxo empurrando o pistão contra umlado de empuxo maior da parede de diâmetro interno, opistão compreendendo:uma porção de cabeça; euma porção de saia, a porção de saia tendo uma paredede saia substancialmente circunferencial que é operávelpara se apoiar contra a parede de diâmetro interno em umplano de empuxo, a parede de saia incluindo um ponto desaia superior ao longo de um lado de empuxo maior do planode empuxo separado de um ponto de saia inferior ao longo dolado de empuxo maior do plano de empuxo, a porção da paredede saia proximal ao ponto de saia inferior tendoflexibilidade radial substancialmente maior do que a porçãoda parede de saia proximal ao ponto de saia superior, e oponto de saia superior e o ponto de saia inferiorsuportando cargas laterais substancialmente equivalentesquando o pistão é empurrado contra o lado de empuxo maiorda parede de diâmetro interno, em que a parede de saiainclui uma porção de saia inferior, uma porção de saiaintermediária, e uma porção de saia superior, a porção desaia intermediária incluindo uma curvatura côncava no planode empuxo, em que a curvatura côncava considere uma mudançana rigidez da parede de saia.

22. Motor, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que a parede de saia inclui umponto de saia intermediário ao longo do lado de empuxomaior do plano de empuxo, o ponto de saia intermediáriosuportando cargas laterais substancialmente equivalentescomo o ponto de saia superior e o ponto de saia inferiorquando o pistão é empurrado contra um lado de empuxo maiorda parede de diâmetro interno.

23. Motor, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferiorinclui um raio máximo que está em um ajuste porinterferência com a parede quando o motor está em umatemperatura de operação.

24. Motor, de acordo com a reivindicação 23,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior éacionada por mola contra os lados de empuxo maior e menorda parede de diâmetro interno quando no ajuste porinterferência com a parede.

25. Motor, de acordo com a reivindicação 24,caracterizado pelo fato de que quando a porção de saiainferior é acionada por mola contra os lados de empuxomaior e menor da parede, a porção de saia inferior e aporção de saia superior são operáveis para distribuirsubstancialmente de forma uniforme uma carga de empuxoquando o pistão é empurrado contra um lado de empuxo maiorda parede de diâmetro interno.

26. Motor, de acordo com a reivindicação 21,caracterizado pelo fato de que a porção da parede de saiaproximal ao ponto de saia inferior tem raios que sãomaiores do que os raios da porção da parede de saiaproximal ao ponto de saia superior.

27. Motor de combustão interna, caracterizado porcompreender:pelo menos uma parede definindo um diâmetro interno; eum pistão disposto no diâmetro interno e acoplado auma biela de pistão para pivotar em torno de um eixo pivô,o pistão compreendendo uma superfície externasubstancialmente circunferencial tendo uma porção de cabeçae uma porção de saia abaixo da porção de cabeça, pelo menosuma porção da superfície externa se apoiando contra aparede em um plano de empuxo quando o pistão estásubstancialmente em temperatura de operação e sujeito a umaforça de empuxo, a porção da força de empuxo suportada pelaporção de saia no plano de empuxo pode ser definida por umcentróide de força de saia, o centróide de força de saiasendo posicionado em uma altura axial no eixo pivô ouabaixo do eixo pivô,em que a porção de cabeça da superfície externa temraios que são maiores do que pelo menos alguns dos raios daporção de saia da superfície externa quando o pistão estásubstancialmente na temperatura de operação.

28. Motor, de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato de que a porção da força de empuxosuportada pela porção de cabeça pode ser definida por umcentróide de força de cabeça, o centróide de força decabeça sendo substancialmente menor em magnitude do que ocentróide de força de saia.

29. Motor, de acordo com a reivindicação 28,caracterizado pelo fato de que o centróide de força decabeça é posicionado em uma altura axial acima do eixopivô, o centróide de força de cabeça sendo posicionado auma distância substancialmente maior a partir do eixo pivôdo que o centróide de força de saia.

30. Motor, de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato de que a superfície externa incluiuma porção de saia inferior, uma porção de saiaintermediária, e uma porção de saia superior, a porção desaia intermediária incluindo uma curvatura côncava no plano10 de empuxo quando o pistão está substancialmente natemperatura de operação.

31. Motor, de acordo com a reivindicação 30,caracterizado pelo fato de que a superfície circunferencialexterna muda de uma curvatura substancialmente convexa daporção de saia inferior no plano de empuxo para a curvaturasubstancialmente côncava da porção de saia intermediária.

32. Motor, de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato de que a superfície externa incluiuma porção de saia inferior, uma porção de saiaintermediária, e uma porção de saia superior, a superfícieexterna tendo um deslocamento radial no plano de empuxoacima do eixo pivô quando o pistão está substancialmente natemperatura de operação.

33. Motor, de acordo com a reivindicação 32,caracterizado pelo fato de que a porção de saia superiorinclui raios no plano de empuxo que são menores do que pelomenos alguns raios da porção de cabeça quando o pistão estásubstancialmente na temperatura de operação.

34. Motor, de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato de que a superfície externa incluiuma porção de saia inferior, uma porção de saiaintermediária, e uma porção de saia superior, a porção desaia inferior tendo um raio máximo que está em um ajustepor interferência com a parede quando o pistão estásubstancialmente na temperatura de operação.

35. Motor, de acordo com a reivindicação 34,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior éflexionada quando no ajuste por interferência para evitaremperramento do pistão no diâmetro interno.

36. Motor, de acordo com a reivindicação 34,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior éacionada por mola contra os lados de empuxo maior e menorda parede quando no ajuste por interferência com a parede.

37. Motor, de acordo com a reivindicação 36,caracterizado pelo fato de que a superfície externa éoperável para guiar o pistão no diâmetro interno quando aporção de saia inferior é acionada por mola contra os ladosde empuxo maior e menor da parede.

38. Motor, de acordo com a reivindicação 36,caracterizado pelo fato de que a porção de saia inferior éacionada por mola contra os lados de empuxo maior e menorda parede, a porção de saia superior é radialmentedeslocada a partir do lado de empuxo maior da parede noplano de empuxo.

39. Motor, de acordo com a reivindicação 27,caracterizado pelo fato de que o pistão compreende ainda umperfil polar em um plano radial e o perfil polar sendoassimétrico em torno do eixo pivô.

40. Pistão para uso em um motor tendo uma parede dediâmetro interno de modo que, quando o pistão estásubstancialmente na temperatura de operação e sujeito a umaforça de empuxo, o pistão pivota em torno de um eixo pivôde modo a se apoiar contra a parede de diâmetro interno emum plano de empuxo, o pistão caracterizado por compreender:uma superfície externa substancialmentecircunferencial tendo uma porção de cabeça e uma porção desaia abaixo da porção de cabeça, a porção de cabeça tendopelo menos alguns raios no plano de empuxo que são maioresdo que pelo menos alguns dos raios da porção de saia quandoo pistão está substancialmente na temperatura de operaçãode modo que a superfície externa tem um deslocamento radialno plano de empuxo acima do eixo pivô, a superfície externapara suportar pelo menos uma porção da força de empuxo noplano de empuxo,em que a porção da força de empuxo suportada pelaporção de saia no plano de empuxo pode ser definida por umcentróide de força de saia, o centróide de força de saiasendo posicionado em uma altura axial no eixo pivô ouabaixo dele, eem que a porção da força de empuxo suportada pelaporção de cabeça pode ser definida por um centróide deforça de cabeça, o centróide de força de cabeça sendosubstancialmente menor em magnitude do que o centróide deforça de saia.

41. Pistão, de acordo com a reivindicação 40,caracterizado pelo fato de que a porção de saia dasuperfície externa inclui uma porção de saia inferior, umaporção de saia intermediária, e uma porção de saiasuperior, a porção de saia superior inclui raios no planode empuxo que são menores do que pelo menos alguns raios daporção de cabeça quando o pistão está substancialmente natemperatura de operação de modo que o deslocamento radialocorre entre a porção de saia superior e a porção decabeça.

42. Pistão, de acordo com a reivindicação 40,caracterizado pelo fato de que o centrõide de força decabeça é posicionado em uma altura axial acima do eixopivô, o centróide de força de cabeça sendo posicionado auma distância substancialmente maior a partir do eixo pivôdo que o centróide de força de saia.

43. Pistão, de acordo com a reivindicação 40,caracterizado pelo fato de que a superfície externa incluiuma porção de saia inferior, uma porção de saiaintermediária, e uma porção de saia superior, a porção desaia intermediária incluindo uma curvatura côncava no planode empuxo quando o pistão está substancialmente natemperatura de operação.