ES2289129T3 - Piston monobloque para motores diesel. - Google Patents
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Abstract
Un pistón (10) para un motor diesel (12), que comprende: un cuerpo del pistón (14) fabricado de acero, y que tiene una pared externa (22); un par de salientes (42) de pasador, que tienen calibres (44) de pasador alineados, dispuestos en torno a un eje (A) del calibre de pasador, y que tienen un punto tangente inferior (46) de los mencionados calibres (44) de pasador; un faldón (50) formado como una sola pieza con los mencionados salientes (42) de pasador, y que tiene una región extrema superior (52) acoplada directamente a la mencionada pared externa (22), y un borde inferior (54) que define la parte inferior del mencionado faldón (50) en la dirección longitudinal del cuerpo del pistón (14), caracterizado porque el borde inferior (54) está dispuesto por debajo del mencionado eje (A) del calibre de pasador y en, o por encima de, el mencionado punto tangente inferior (46) de los mencionados calibres (44) de pasador.
Description
Pistón monobloque para motores diésel.
Esta invención se refiere, en general, a
pistones monobloque para aplicaciones de motor diésel en las que el
faldón del pistón se fabrica como una pieza integral con el cuerpo
del pistón, y más en concreto a la construcción del faldón del
pistón.
Se conoce pistones monobloque para aplicaciones
de motor diésel, en los que el faldón del pistón está formado como
una parte integral del cuerpo del pistón, a diferencia de estar
articulado. Se conoce tales pistones, con faldones del pistón que
son de tal longitud y/o están posicionados de tal forma, que el
borde inferior del faldón se extiende considerablemente por debajo
del fondo de los salientes de pasador, para proporcionar el soporte
deseado y guiar al pistón cuando oscila dentro del cilindro del
motor. Sin embargo, tales faldones de despliegue bajo pueden
extenderse fuera de la camisa del cilindro, en la posición del punto
muerto inferior del pistón, y pueden conducir a la formación de
rozaduras en el faldón del pistón y/o en la camisa, debido al
cambio súbito en la carga y en el sentido, cuando el pistón retorna
hacia arriba en el cilindro. Adicionalmente, el faldón de
despliegue bajo interfiere con la localización de las boquillas de
inyección que dirigen aceite de refrigerante hacia arriba en el
pistón, requiriéndose la implementación de muescas en el área de las
boquillas, para proporcionar separación. Ejemplos de tales pistones
monobloque se revelan en las patentes de EE.UU. números 4 161 165,
4 286 505 y 6 026 777, así como en la aplicación internacional
publicada WO 9 620 340. El pistón revelado en las dos últimas
publicaciones tiene un faldón del pistón, corto, de despliegue bajo,
que está desacoplado respecto del cinturón anular y, debido a la
amplia separación entre el fondo del cinturón anular y la parte
superior del faldón así como de la inferior, el posicionamiento
remoto del faldón transfiere parte de las funciones de guía del
pistón a las fajas del anillo próximas a la parte superior del
pistón, lo que es menos eficiente y podría provocar daños en las
fajas del anillo, así como una disminución en el rendimiento
del
pistón.
pistón.
La patente de EE.UU. número 4 704 950 revela un
pistón de automóvil, de alto rendimiento, para motores de gasolina,
que está fabricado totalmente de aluminio, y podría no ser adecuado
para aplicaciones diésel de alta compresión, a las que se dirige la
presente invención.
Un objetivo de la presente invención, es
proporcionar un pistón monobloque para motores diésel que supere o
minimice sensiblemente las deficiencias de los pistones del arte
previo descritos arriba.
Un pistón para motores diésel, construido de
acuerdo con una realización actualmente preferida de la invención,
comprende un cuerpo del pistón fabricado de acero, que tiene una
pared inferior y una galería de aceite cerrada. Un par de salientes
de pasador tienen calibres de pasador alineados axialmente, y un
punto de tangencia inferior de los calibres de pasador. El cuerpo
del pistón tiene un faldón que está fabricado en una sola pieza con
los salientes de pasador, y está acoplado en su extremo superior a
la pared exterior, al objeto de formar una extensión continua de la
pared exterior. El faldón del pistón tienen un borde inferior,
separado por debajo del eje de del calibre de pasador pero
localizado en, o por encima, del punto de tangencia inferior de los
calibres de pasador.
La invención contempla además un motor diésel
que incluye un bloque del motor que tiene al menos un calibre de
cilindro, y un pistón monobloque dispuesto en el calibre de
cilindro, que tiene un cuerpo del pistón fabricado de acero y que
incluye un par de salientes de pasador, con calibres de pasador
alineados, dispuestos en torno a un eje del calibre de pasador, y
que tiene un punto tangente inferior a los calibres de pasador. Un
faldón del pistón está fabricado como una sola pieza con los
salientes de pasador, y tiene un borde inferior dispuesto por
debajo del eje del calibre de pasador, o sobre el punto tangente
inferior de los calibres de pasador.
La invención tiene la ventaja de proporcionar un
pistón monobloque de acero para aplicaciones de motor diésel,
acoplado con un faldón corto fabricado del mismo material de acero,
de tales tamaño y localización en relación con el resto del cuerpo
del pistón, que proporciona una guía eficiente al pistón, durante la
oscilación en el calibre del cilindro, para reducir la carga en las
fajas de anillo debida a su elevada localización en relación con
los calibres de pasador. La elevada localización del borde inferior
del faldón, impide que el faldón se extienda desde el fondo del
calibre del cilindro en el punto muerto inferior del pistón, y así
minimiza o elimina el desgaste del faldón, provocado por un cambio
súbito en la carga o en el sentido, cuando el pistón retorna hacia
arriba. La localización relativamente elevada del borde inferior del
faldón proporciona, además, una amplia separación para las
boquillas de inyección de aceite, eliminando la necesidad de muescas
de separación en el borde inferior del faldón, para presentar un
borde delantero inferior continuo, no interrumpido, del faldón, que
es de fabricación más fuerte y más sencilla en comparación con los
faldones con muesca.
La reducción global y la altura del faldón,
tienen además la ventaja de simplificar la fabricación de los
pistones de acero forjado. La longitud más corta permite la
producción de una pared del faldón de grosor más uniforme,
relativamente más delgada, en comparación con los faldones forjados
de mayor longitud, que son generalmente más gruesos debido al
ángulo de desmoldeo necesario para permitir la forja del faldón del
pistón.
Estas y otras características y ventajas de la
presente invención, serán más fácilmente apreciará al considerarse
en relación con la siguiente descripción detallada y los dibujos
anexos, en los cuales:
la figura 1 es una vista en perspectiva
inferior, de un pistón construido de acuerdo con la invención;
la figura 2 es una vista en elevación lateral,
del pistón de la figura 1;
la figura 3 es una vista incompleta en
elevación, como la de la figura 2 pero mostrada parcialmente en
sección; y
la figura 4 es una vista incompleta en sección,
esquemática, de un motor diésel que se muestra equipado con el
pistón de las figuras 1-3.
Se muestra un pistón construido de acuerdo con
la invención, en general como 10 en las figuras 1-3,
e instalado como parte de un motor diésel 12 en la figura 4.
El pistón 10 incluye un cuerpo del pistón 14,
que tiene una pared superior 16 conformada con un cráter o cámara
de combustión 18, que se extiende hacia abajo desde una superficie
superior 20 de la pared superior 16.
El cuerpo del pistón 14 incluye una pared anular
externa o cinturón anular 22, que tiene una superficie externa 24
formada con una pluralidad de ranuras anulares 26, para recibir los
anillos del pistón (no mostrados). La pared externa 22 incluye una
superficie interna anular 28 que se opone radialmente hacia el
interior del cuerpo del pistón 14 frente a la superficie externa
24.
El cuerpo del pistón 14 incluye una pared
interna anular 30 que se extiende hacia abajo desde la cámara de
combustión 18, que tiene una superficie anular 32 orientada
radialmente hacia fuera, separada radialmente hacia adentro desde
la superficie interna 28 de la pared externa 22.
Preferentemente, el cuerpo del pistón 14 incluye
una pared inferior 34 que se extiende entre, e interconecta, las
regiones de extremo inferior de la pared externa 22 y de la pared
interna 30, en relación de separación con la pared superior 16. La
pared superior 16 y la pared externa 22 y las paredes internas 30
limitan con una cámara anular de refrigeración o galería 36, para
recibir aceite refrigerante, que preferentemente está cerrada en la
parte inferior mediante la pared inferior 34. Por "cerrada" no
se entiende que la galería sea completamente independiente, sino
que incluye la provisión de aberturas y conductos para introducir
aceite a la galería 36, y drenarlo desde esta. En la figura 3 se
muestra una abertura 38 de entrada de aceite, representativa del
conducto de drenaje 40 de aceite acorde con la convención. La pared
inferior 34 está formada en una sola pieza con las regiones
inferiores de la pared externa 22 y la pared interna 30 y sirve,
además de para cerrar la galería 36, como una banda estructural o
puente entre las paredes externa e interna 22, 30.
El cuerpo del pistón 14 incluye un par de
salientes de pasador 42. Los salientes de pasador 42 están
conformados en una sola pieza con la pared interna 30, y
preferentemente se extienden hacia abajo desde la pared inferior
34, y están dispuestos radialmente hacia adentro desde la superficie
externa 24 de la pared externa 22. Los salientes 42 de pasador
están moldeados con calibres 44 de pasador, que reciben una muñeca
del pistón (no mostrada) para conectar el pistón 10 a una varilla
de conexión (no mostrada) del motor 12. Los calibres 44 de pasador
están alineados en torno a un eje A del calibre de pasador, común,
que representa un eje longitudinal de los calibres de pasador con
respecto a un eje longitudinal B del cuerpo del pistón 14. Los
calibres 14 de pasador tienen un punto tangente inferior 46, que
representa la parte inferior de los calibres 44 de pasador en la
dirección longitudinal, con el punto de tangencia 46 determinado
mediante pasar un plano P a través del cuerpo del pistón 14,
perpendicular al eje longitudinal B, que contiene el punto inferior
de las superficies 48 de calibre de pasador de los calibres 44 de
pasador, como se ilustra en la figura 2.
El cuerpo del pistón 14 incluye un faldón del
pistón 50 que está fabricado como una sola pieza con los calibres
de pasador 44, de tal forma que el cuerpo del pistón 14 tiene una
estructura monobloque con un faldón fijo, en lugar de un faldón
separado articulado a los salientes de pasador mediante la muñeca
del pistón (no mostrada). El faldón 50 está además preferentemente
fabricado con una región extrema superior 52, acoplada directamente
a la pared externa 22, de modo que el faldón del pistón 50 está
formado como una extensión continúa descendente, de la pared
externa 22, por debajo de la pared inferior 34. Así, el faldón del
pistón 50 está además interconectado como una sola pieza con la
pared inferior 34, como se ilustra mejor en la figura 3.
El faldón del pistón 50 tiene un borde libre
inferior 54, marginal, que define la parte inferior del faldón 50
en la dirección longitudinal del cuerpo del pistón 14. De acuerdo
con la invención, la localización del borde inferior 54 es tal que
proporciona un faldón del pistón 50 relativamente corto, en
comparación con los faldones de pistón convencionales. En concreto,
el borde inferior 54 del faldón de pistón 50 está dispuesto en una
localización que está por debajo del nivel del eje A del calibre de
pasador, pero que está en, o por encima de, el punto tangente
inferior 46 de los calibres de pasador 44, y más preferentemente
sobre el punto de tangencia inferior 46.
Además de la relación longitudinal del borde
inferior 54 del faldón del pistón 50, en relación con los calibres
de pasador 44, el cuerpo del pistón 14 tiene las siguientes
relaciones dimensionales: H/D = 0.5 - 0.75, A/D = 0.3 - 0.6, y A/H
= 0.7 - 1.2, donde H es altura de compresión del cuerpo del pistón
14, medida entre la superficie superior 20 del cuerpo del pistón y
el eje A de los calibres de pasador 44, D es igual al diámetro del
pistón, y A es igual a la longitud axial entre la ranura 26 del
anillo inferior y el borde inferior 54 del faldón del pistón 50,
como se ve mejor en la
figura 2.
figura 2.
Tal como se ve mejor en las figuras 1 y 2, el
borde inferior 54 del faldón del pistón 50 es relativamente liso y
continuo, y está libre de muescas de separación para boquillas de
aceite, o similares.
El cuerpo del pistón 14 está preferentemente
fabricado de al menos dos piezas separadas, que son moldeadas por
separado y después unidas entre sí a través de una o varias juntas
56. En la realización ilustrada, el cuerpo del pistón 14 incluye
una parte superior 58 y una parte inferior 60 que, cuando se unen
entre sí, forman la galería de refrigeración cerrada 36. La junta
56 de la realización preferida es preferentemente una junta soldada
por fricción. Sin embargo, la invención contempla otros enfoques
para unir piezas del pistón moldeadas por separado, tales como
ligadura, broncesoldadura, uniones con pernos, roscas de unión,
etc., que podrían funcionar para unir las piezas formadas por
separado, en una sola estructura unificada, que sirva como un
cuerpo de pistón 14. En la presente realización, la pieza inferior
60 incluye salientes 42 de pasador, el faldón del pistón 50, la
pared inferior 34, y las partes inferiores de las paredes externa e
interna 24, 30, con la junta soldada por fricción 56 provista en
las paredes externa e interna 22, 30. La pieza inferior 60 está
preferentemente forjada de acero. La pieza superior 60 incluye la
pared superior 16, la cámara 18, y partes superiores de las redes
externas 22 y la pared interna 30 que se unen, a través de la junta
56, a las partes inferiores de la pared externa 22 y la pared
interna 30, para unir la estructura.
La figura 4 ilustra el pistón 10 descrito
arriba, instalado en el motor diésel 12 para oscilar dentro de, al
menos, un cilindro asociado 62 del motor 12. El pistón 14 se ilustra
en su posición de punto muerto inferior, que es el punto más bajo
que recorre el pistón 10 en el cilindro 62. Se verá que el faldón 50
del pistón está contenido dentro del cilindro 62, de forma que el
borde inferior 52 del faldón 50 no se extiende por debajo del borde
inferior 64 de cilindro 62 en el que este oscila.
Obviamente, son posibles muchas modificaciones y
variaciones de la presente invención, a la luz de las anteriores
enseñanzas. Por lo tanto debe entenderse que, dentro del alcance de
las reivindicaciones anexas, la invención puede llevarse a cabo de
otra forma respecto de la específicamente descrita. La invención se
define mediante las reivindicaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet US 4 161 165 A [0002]
\bullet US 4 286 505 A [0002]
\bullet US 6 026 777 A [0002]
\bullet WO 9 620 340 A [0002]
\bullet US 4 704 950 A [0003].
Claims (8)
1. Un pistón (10) para un motor diésel (12), que
comprende: un cuerpo del pistón (14) fabricado de acero, y que
tiene una pared externa (22);
- un par de salientes (42) de pasador, que tienen calibres (44) de pasador alineados, dispuestos en torno a un eje (A) del calibre de pasador, y que tienen un punto tangente inferior (46) de los mencionados calibres (44) de pasador; un faldón (50) formado como una sola pieza con los mencionados salientes (42) de pasador, y que tiene una región extrema superior (52) acoplada directamente a la mencionada pared externa (22), y un borde inferior (54) que define la parte inferior del mencionado faldón (50) en la dirección longitudinal del cuerpo del pistón (14), caracterizado porque el borde inferior (54) está dispuesto por debajo del mencionado eje (A) del calibre de pasador y en, o por encima de, el mencionado punto tangente inferior (46) de los mencionados calibres (44) de pasador.
2. Pistón (10) acorde con la reivindicación 1,
que comprende una galería (36) de aceite, cerrada.
3. Pistón (10) acorde con la reivindicación 2,
en que el mencionado cuerpo del pistón (14) incluye las siguientes
relaciones dimensionales:
(H/D) = 0.5 -
0.75
(A/D) = 0.3 -
0.6
(A/H) = 0.7 -
1.2
donde,
- H =
- altura de compresión del cuerpo del pistón (14), entre una parte superior (20) del pistón (10) y el eje (A) de los calibres de pasador (44),
- D =
- diámetro del pistón y
- A =
- longitud axial entre la ranura (26) del anillo inferior y el borde inferior (54) del faldón del pistón (50).
4. Pistón (10) acorde con la reivindicación 2,
en que el mencionado cuerpo del pistón (14) está fabricado de, al
menos, dos piezas separadas (58, 60) que están conectadas a través
de, al menos, una junta (56).
5. Pistón (10) acorde con la reivindicación 4,
en el que la mencionada al menos una unión (56) comprende una junta
soldada por fricción.
6. Un motor diésel (12) que comprende:
- un bloque de motor que tiene al menos un calibre de cilindro (62) y un pistón (10) acorde con la reivindicación 1.
7. El motor diésel (12) acorde con la
reivindicación 6, en el que el mencionado cuerpo del pistón (14)
incluye las siguientes relaciones dimensionales:
(H/D) = 0.5 -
0.75
(A/D) = 0.3 -
0.6
(A/H) = 0.7 -
1.2
donde,
- H =
- altura de compresión del cuerpo del pistón (14), entre una parte superior (20) del pistón y el eje (A) de los calibres de pasador (44),
- D =
- diámetro del pistón y
- A =
- longitud axial entre la ranura (26) del anillo inferior y el borde inferior (54) del faldón del pistón (50).
8. Motor diésel (12) acorde con la
reivindicación 6, en el que el cilindro (62) tiene un borde inferior
(64), y el mencionado borde inferior (54) del mencionado faldón
(50) del pistón está dispuesto en, o por encima de, el mencionado
borde inferior (64) del mencionado cilindro (62), cuando el
mencionado pistón (10) está en un punto inferior del recorrido en
el mencionado cilindro (62).
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