ES2280989T3 - Segmento rascador de aceite para pistones de motores de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Segmento rascador de aceite para pistones de motores de combustión interna con una lámina (1), que está constituida por banda de acero y que está provista con flancos paralelos, cuya superficie de rodadura (h) presenta una forma asimétrica abombada con una línea de punto de vértice (3) que se extiende sobre la periferia de la lámina, en el que un muelle de expansión (4) que se puede disponer una ranura anular (7) del pistón y que presenta un flanco de ranura de muelle (6), que está alejado del lado del fondo del pistón y un flanco de ranura de muelle (5) que está dirigido hacia el lado del fondo del pistón presiona la lámina (1) radialmente contra la pared cilíndrica (8), caracterizado porque al menos uno de los flancos de la ranura de resorte (5, 6) se extiende inclinado bajo un ángulo con respecto al eje del pistón (10) radialmente hacia fuera hasta el extremo, que apunta hacia el lado del cilindro, del muelle de expansión (4), porque la superficie de rodadura (h) de la lámina (1) está configurada de tal forma que corresponde a un contorno extremo próximo al desgaste en el estado rodado del motor, y porque en el estado montado del segmento de aceite (10) en el pistón, la línea de punto de vértice (3) de la superficie de rodadura (h) está dispuesta hacia el flanco de la ranura anular (6) que está alejado del fondo del pistón.
Description
Segmento rascador de aceite para pistones de
motores de combustión interna.
La invención se refiere a un segmento rascador
de aceite para pistones de motores de combustión interna con una
lámina, que está constituida por banda de acero y que está provista
con flancos paralelos, cuya superficie de rodadura presenta una
forma asimétrica abombada con una línea de punto de vértice que se
extiende sobre la periferia de la lámina, en el que un muelle de
expansión dispuesto en una ranura anular del pistón y que presenta
un flanco de ranura de resorte, que está alejado del lado del fondo
del pistón y un flanco de ranura de resorte que está dirigido hacia
el lado del fondo del pistón presiona la lámina radialmente contra
la pared cilíndrica.
Para evitar que llegue demasiado aceite del
motor al compartimiento del motor, lo que tiene como consecuencia,
además de un consumo alto de aceite, también repercusiones negativas
sobre el comportamiento de emisión del motor, es necesaria una
fuerza tangencial del segmento rascador de aceite suficiente para la
generación de una presión radial en la pared del cilindro y, por lo
tanto, para la generación de una buena acción rascadora de aceite.
No obstante, esto provoca una presión superficial alta en las
superficies de rodadura de las láminas y, por lo tanto, también una
potencia de fricción alta en el funcionamiento del motor. Esta
potencia de fricción empeora el rendimiento del motor de combustión
interna y, por lo tanto, eleva el consumo de combustible. El diseño
de la fuerza tangencial de los segmentos rascadores de aceite es,
por lo tanto, siempre un compromiso entre la potencia de fricción
mínima y la actuación rascadora de aceite máxima. Todas las medidas
para la reducción de la potencia de fricción en el funcionamiento
del motor sin reducción de la fuerza tangencial facilitan de esta
manera el diseño del segmento rascador de aceite o bien mejoran el
rendimiento del motor.
Por lo tanto, para los segmentos rascadores de
aceite del tipo indicado al principio, además de una configuración
especial del muelle de expansión, se intenta formar las superficies
de rodadura de las láminas de tal forma que éstas cumplan los
requerimientos mencionados anteriormente.
Se conocen a partir de losa documentos DE 38 33
322 A1, DE 43 00 531 C1 o DE 44 29 649 C2 superficies de rodadura
asimétricas de segmentos rascadores de aceite o bien de anillos de
pistón. El documento FR 2 723 401 publica de la misma manera
segmentos rascadores de aceite con superficies de rodadura
asimétricas, que son presionadas por medio de un muelle de
expansión contra una pared cilíndrica, de acuerdo con el preámbulo
de la reivindicación 1. De la misma manera, se conoce a partir del
documento DE 33 05 385 C1 un segmento de pistón, que está dispuesto
en una ranura anular de un pistón, cuyas paredes laterales de la
ranura anular se extienden de una manera preferida paralelas, pero
inclinadas con respecto a la superficie del pistón, con el fin de
garantizar una obturación mejorada. Las paredes laterales de la
ranura anular que se extienden inclinadas y que están alineadas en
paralelo entre sí se conocen también a partir del modelo de utilidad
japonés 57-73340. Los documentos EP 1 089 026 y DE
1 325 456 publican segmentos rascadores de aceite, en los que las
láminas se mantienen bajo un ángulo con respecto al eje del pistón
en un muelle de expansión. Estas formas de realización mencionadas
anteriormente se refiere, sin embargo, a segmentos de compresión,
cuyo requerimiento con respecto a la presión superficial es muy
reducido, en cambio los segmentos rascadores de aceite requieren
altas presiones superficiales.
El cometido de la invención es indicar un
segmento rascador de aceite de varias partes para un pistón de un
motor de combustión interna, que presenta, frente al estado conocido
de la técnica, una acción rascadora de aceite mejorada con una
fricción reducida y con un desgaste reducido de la superficie de
rodadura.
El cometido se soluciona a través de un segmento
rascador, en el que al menos uno de los flancos de la ranura de
resorte se extiende inclinado bajo un ángulo \beta con respecto al
eje del pistón radialmente hacia fuera hasta el extremo, que apunta
hacia el lado del cilindro, del muelle de expansión, estando
dispuesto de una manera preferida el flanco de la ranura de
resorte, que está alejado del lado del fondo del pistón, inclinado
alejado desde el fondo del pistón. La superficie de rodadura de la
lámina está configurada de tal forma que corresponde a un contorno
extremo próximo al desgaste en el estado rodado del motor, en el que
en el estado montado del segmento de aceite en el pistón, la línea
de punto de vértice de la superficie de rodadura está dispuesta
hacia el flanco de la ranura anular que está alejado del fondo del
pistón.
La superficie de rodadura de la lámina se
caracteriza por una inclinación asimétrica con un abombamiento
reducido en gran medida con respecto al estado de la técnica,
pudiendo describirse el contorno de las superficies de rodadura
aproximadamente por medio de un polinomio de segundo orden.
En otro ejemplo de realización de la invención,
está previsto un muelle de expansión de una sola pieza, que
presenta dos ranuras de resorte y que está dispuesto en la ranura
anular 7. Las ranuras de resorte están realizadas de tal forma que
el canto de la ranura de resorte que está alejado del lado del fondo
del pistón adopta un ángulo \beta, que presenta un valor de
acuerdo con la disposición según la reivindicación 1.
A través de la configuración de las superficies
de rodadura de acuerdo con la invención y de la disposición de la
lámina en el muelle de expansión configurado de acuerdo con la
invención, en función del movimiento de carrera del pistón a través
de condiciones hidrodinámicas más favorables, se consigue una
reducción de la potencia de fricción de todo el segmento rascador
de aceite sin una reducción de la fuerza tangencial, permaneciendo
la función rascadora de aceite con el cambio del movimiento de la
carrera del pistón en toda su extensión. La reducción de la
potencia de fricción provoca una mejora del rendimiento del motor o
se puede mejorar a través de una elevación de la fuerza tangencial
cuando el nivel de la potencia de fricción se mantiene inalterado.
Además, se puede realizar una reducción de la altura axial de todo
el paquete anular en comparación con paquetes anulares de acuerdo
con el estado de la técnica.
Las configuraciones convenientes de la invención
son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Un ejemplo de realización de la invención se
describe a continuación con la ayuda de los dibujos. En este
caso:
La figura 1 muestra una sección del segmento
rascador de aceite en una primera forma de realización; y
La figura 2 muestra una sección transversal del
segmento rascador de aceite de acuerdo con la invención en una
segunda forma de realización.
Como se deduce a partir de la figura 1, un
segmento rascador de aceite está constituido por una lámina 1 y por
un muelle de expansión 4, que presiona la lámina radialmente contra
una pared cilíndrica 8. El muelle de expansión 4 está insertado en
una ranura anular 7, que presenta flancos de la ranura anular que
están alineados a 90º con respecto al eje del pistón y posee una
forma exterior y un tamaño, que corresponden los de la ranura
anular. El muelle de expansión presenta una ranura de resorte 7' con
flanco de la ranura de resorte 5, que representa el lado que está
dirigid hacia el lado del fondo del pistón y un flanco de la ranura
de resorte 6, que representa el lado que está alejado del fondo del
pistón. De acuerdo con la invención, el flanco de la ranura de
resorte 5 que está dirigido hacia el lado del fondo del pistón, está
dispuesto alineado en un ángulo de 90º con respecto al eje del
pistón 10, en el que el flanco de la ranura de resorte 6 que está
alejado del fondo del pistón se extiende inclinado bajo un ángulo
\beta con respecto al fondo del pistón hasta la periferia
exterior del resorte. De una manera preferida, el ángulo \beta
tiene entre 85º y 87º de ángulo.
De acuerdo con la invención, la lámina 1
presenta una superficie de rodadura h configurada de forma
asimétrica abombada con una línea de punto de vértice 3 que se
extiende sobre la periferia de la lámina, actuando la línea de
vértice 3 como canto que está en contacto con la pared cilíndrica 8.
De acuerdo con la figura 1, la lámina 1 está dispuesta en su estado
montado en el pistón de tal forma que su línea de punto de vértice
3 (canto) está alienada con respecto al flanco de la ranura de
resorte 6 que está alejado del lado del fondo del pistón.
De acuerdo con la invención, la superficie de
rodadura h de la lámina tiene una forma, que corresponde a un
proceso de rodaje de varios cientos de horas en el funcionamiento
del motor. Esta se caracteriza porque la superficie de rodadura h
de la lámina 1 sigue en la sección transversal, en una primera
sección (I) la forma asimétrica de un polinomio de segundo orden
con h(x) = ax + bx^{2}, en el que x = coordenadas de las
superficies de rodadura en el sistema cartesiano de coordenadas en
mm y a, b son coeficientes, donde a se define a través de la
relación del juego axial de los flancos de las láminas con respecto
a la anchura de las láminas; b se define como el valor absoluto de
la curvatura de las superficies de rodadura; y sigue un vértice de
soporte (II) h(x) = 0) indicado como canto, y en una tercera
sección (III) sigue la forma asimétrica de la función h(x) =
cx^{2}, con c como un múltiplo de b. Como ejemplo de una lámina
con un espesor de 0,4 mm se obtiene un valor h(x) = 35x +
50x^{2}. De esta manera se pueden conseguir las curvas de la
sección transversal representadas de acuerdo con las figuras 1 y 2
con x como coordenadas de las superficies de rodadura en mm 8
h(x) como abombamiento en \mum. Se entiende que los
coeficientes de este polinomio deben adaptarse a la aplicación
específica, donde los parámetros esenciales a este respecto son el
diámetro del cilindro, las dimensiones de la sección transversal de
la lámina y las relaciones de juego axiales del segmento rascador
de aceite montado en la ranura anular. El abombamiento típico de la
superficie de rodadura h de acuerdo con la invención está
aproximadamente entre 2 y 10 \mum/0,4 mm con respecto a las formas
de realización de acuerdo con el estado de la técnica de 3 a 15
\mum/0,15 mm.
De acuerdo con otro ejemplo de realización según
la figura 2, el muelle de expansión 4 presenta una segunda ranura
de resorte 7'' axialmente debajo de una primera ranura de resorte
7', cuyos flancos de la ranura de resorte 5 y 5' del lado del fondo
del pistón se extienden en paralelo al eje transversal del pistón
10.
El flanco de la ranura de resorte 6 y 6', que
está alejado del fondo del pistón, se extiende inclinado
radialmente hacia fuera hasta la pared exterior del resorte bajo un
ángulo de 3 a 5 grados. En este ejemplo de realización, ambas
líneas de puntos de vértices 3, 3' (cantos) de las superficies de
rodadura h y h' están dispuestas que manera que se alejan desde el
flanco de la ranura anular 5 del lado del fondo del pistón.
Funcionalmente, se consigue la acción rascadora
de aceite mejorada de acuerdo con la invención porque la fuerza de
fricción, que incide en la superficie de rodadura h de la lámina en
la dirección del eje del cilindro, genera un par de torsión, que
curva la lámina en forma de plato. Esto es posible porque la
configuración de la ranura anular 7 en forma de V impide un
movimiento de la lámina en dirección axial sobre todo en el apoyo
interior, en cambio en el apoyo exterior son posibles amplitudes de
movimiento axial claramente mayores. La fuerza de fricción y, por
lo tanto, el par de torsión cambian de signo en función de la
dirección de la carrera del pistón. Puesto que la altura de la
fuerza de fricción es todavía una función de la velocidad, esto
tiene como consecuencia modificaciones constantes de la curvatura
den forma de plato, que se designa como torsión dinámica. A través
de la torsión dinámica, la lámina, que se apoya durante el
movimiento de carrera fuera de la cámara de combustión - la carrera
descendente en uno de los flancos de la ranura de resorte que está
dirigido hacia el lado del fondo del pistón, genera en combinación
con la inclinación asimétrica de la superficie de rodadura una
buena acción rascadora de aceite -lleva "canto"-, mientras que
la otra posición respectiva de la lámina, en virtud del
abombamiento definido de la superficie de rodadura, presenta una
hidrodinámica mejorada durante la carrera ascendente lleva
"superficie" (sección I). De esta manera, se reduce la potencia
de fricción en la lámina, que presenta en el estado torsionado una
acción rascadora de aceite empeorada. Una modificación de la
dirección de la carrera provoca un abatimiento de la lámina a la
otra posición respectiva.
Debe procurarse la orientación en la posición
correcta de la lámina durante el montaje del segmento rascador de
aceite en el cilindro del motor, que pueda garantizarse, por
ejemplo, a través de una marca de color de uno de los flancos de
las láminas.
La fabricación de la forma o bien del contorno
de las superficies de rodadura se puede realizar, por ejemplo, a
través de rectificado.
- 1, 1'
- Lámina, segmento rascador de aceite
- 3, 3'
- Línea de punto de vértice (canto)
- 4
- Muelle de expansión
- 5, 5'
- Flanco de la ranura de resorte dirigido hacia el lado del fondo del pistón
- 6, 6'
- Flanco de la ranura de resorte alejado del lado del fondo del pistón
- 7
- Ranura anular
- 7'
- Primera ranura de resorte
- 7''
- Segunda ranura de resorte
- 8
- Pared cilíndrica
- 9
- Pistón
- 10
- Eje transversal del pistón
- h, h'
- Superficies de rodadura.
Claims (5)
1. Segmento rascador de aceite para pistones de
motores de combustión interna con una lámina (1), que está
constituida por banda de acero y que está provista con flancos
paralelos, cuya superficie de rodadura (h) presenta una forma
asimétrica abombada con una línea de punto de vértice (3) que se
extiende sobre la periferia de la lámina, en el que un muelle de
expansión (4) que se puede disponer una ranura anular (7) del pistón
y que presenta un flanco de ranura de muelle (6), que está alejado
del lado del fondo del pistón y un flanco de ranura de muelle (5)
que está dirigido hacia el lado del fondo del pistón presiona la
lámina (1) radialmente contra la pared cilíndrica (8),
caracterizado porque al menos uno de los flancos de la ranura
de resorte (5, 6) se extiende inclinado bajo un ángulo con respecto
al eje del pistón (10) radialmente hacia fuera hasta el extremo,
que apunta hacia el lado del cilindro, del muelle de expansión (4),
porque la superficie de rodadura (h) de la lámina (1) está
configurada de tal forma que corresponde a un contorno extremo
próximo al desgaste en el estado rodado del motor, y porque en el
estado montado del segmento de aceite (10) en el pistón, la línea
de punto de vértice (3) de la superficie de rodadura (h) está
dispuesta hacia el flanco de la ranura anular (6) que está alejado
del fondo del pistón.
2. Segmento rascador de aceite de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de
rodadura (h) de la lámina (1) sigue en la sección transversal,
- -
- en una primera sección (I) la forma asimétrica de un polinomio de segundo orden con h(x) = ax + bx^{2}, en el que
- -
- x = coordenadas de las superficies de rodadura en el sistema cartesiano de coordenadas en mm y a, b son coeficientes, donde a se define a través de la relación del juego axial de los flancos de las láminas con respecto a la anchura de las láminas; b se define como el valor absoluto de la curvatura de las superficies de rodadura;
- -
- y sigue un vértice de soporte (II) h(x)=0) indicado como canto, y
- -
- en una tercera sección (III) sigue la forma asimétrica de la función h(x) = cx^{2}, con c como un múltiplo de b.
3. Segmento rascador de aceite de acuerdo con
las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el flanco
de la ranura de resorte (6), que está alejado del fondo del pistón
en el estado montado, se extiende inclinado bajo un ángulo
(\beta) desde el fondo del pistón.
4. Segmento rascador de aceite de acuerdo con
las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el muelle
de expansión está realizado de una sola pieza y presenta dos ranuras
de resorte (7, 7'), que están realizadas de tal forma que el ángulo
(\alpha, \beta) adopta un valor de acuerdo con la disposición
según la reivindicación 1.
5. Segmento rascador de aceite de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo (\beta)
comprende un valor de 85º a 87º de ángulo.
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