ES2297454T3 - Anillo rascador de aceite para pistones de motores de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Anillo rascador de aceite para pistones de motores de combustión interna, compuesto de una laminilla (1) cuya superficie de rodadura (h) presenta una forma asimétrica bombeada con una línea de vértices (3) que se extiende por el perímetro de la laminilla, en donde la laminilla (1) está dispuesta en el estado montado del anillo rascador de aceite (1) en el pistón en una ranura anular (7) del pistón con un flanco de ranura anular alejado (6) del lado del fondo de pistón y otro vuelto hacia (5) el lado del fondo de pistón, dispuestos en cada caso paralelos entre sí, caracterizado porque los flancos de laminilla (2, 2'') que discurren radialmente hacia fuera hasta la superficie de rodadura (h) formando un ángulo (a), convergiendo de tal modo entre ellos que, en el estado montado del anillo rascador de aceite (1) en el pistón al hacer contacto uno de los flancos con el flanco de ranura anular (5) vuelto hacia el lado de fondo de pistón, la laminilla sólo está en contacto con la línea de vértices(3) con la pared del cilindro (8) y al hacer contacto uno los flancos de laminilla con el flanco de ranura anular (6) alejado del lado de fondo de pistón, la laminilla sólo entra en contacto con un primer segmento (I) de la superficie de rodadura (h) con la pared del cilindro, en donde la superficie de rodadura (h) de la laminilla (1) en sección transversal, - en un primer segmento (I) de la forma asimétrica se rige por un polinomio de 2º grado con h(x) = ax + bx², en donde x = coordenada de superficie de rodadura en el sistema de coordenadas cartesiano en mm y a, b son coeficientes, estando a definido por la relación entre la holgura axial del flanco (aF) de las laminillas y la anchura (B) de las laminillas; b se define como importe de la curvatura de superficie de rodadura; - como un vértice (II) soporte h(x=0) ejecutado como arista, - y en un tercer segmento (III) de la forma asimétrica se rige por la función h(x) = cx², con c como un múltiplo de b.
Description
Anillo rascador de aceite para pistones de
motores de combustión interna.
La invención se refiere a un anillo rascador de
aceite para pistones de motores de combustión interna, compuesto de
una laminilla cuya superficie de rodadura presenta una forma
asimétrica bombeada con una línea de vértices que se extiende por
el perímetro de la laminilla, en donde la laminilla está dispuesta
en una ranura anular del pistón con un flanco de ranura anular
alejado del lado del fondo de pistón y otro vuelto hacia el lado del
fondo de pistón, dispuestos en cada caso paralelos entre sí.
Para impedir que entre demasiado aceite de motor
en la cámara de combustión, lo que aparte de un elevado consumo de
aceite también tiene como consecuencia efectos negativos sobre el
comportamiento de emisión del motor, se necesita una fuerza
tangencial suficiente de los anillos rascadores de aceite para
generar un apriete radial sobre la pared del cilindro y con ello
una buena acción rascadora de aceite. Sin embargo, esto produce una
elevada presión superficial sobre las superficies de rodadura de las
laminillas y, de este modo, también una elevada energía de
rozamiento en funcionamiento del motor. Esta energía de rozamiento
empeora la fuerza tangencial del motor de combustión interna y
aumenta en consecuencia el consumo de combustible. El diseño de la
fuerza tangencial de los anillos rascadores de aceite es por ello
siempre un compromiso entre energía de rozamiento mínima y acción
rascadora de aceite máxima. Todas las medidas para reducir la
energía de rozamiento en funcionamiento del motor sin reducción de
la fuerza tangencial facilitan de este modo el diseño de los anillos
rascadores de aceite o mejoran el grado de eficacia del
motor.
motor.
De forma correspondiente a esto se ha intentado
para anillos rascadores de aceite del género expuesto conformar de
tal modo la superficie de rodadura de la laminilla, que ésta cumpla
los requisitos antes citados.
Se conocen superficies de rodadura asimétricas
de anillos rascadores de aceite o anillos de pistón del documento
DE 38 33 322 A1, DE 43 00 531 C1 o DE 44 29 649 C2. Igualmente se
conoce del documento DE 33 05 385 C1 un anillo de pistón, que está
dispuesto en una ranura anular de un pistón cuyas paredes laterales
de ranura anular discurren con preferencia en paralelo, pero
transversalmente al eje de pistón, para garantizar una obturación
mejorada. Se conocen paredes laterales de ranura anular orientadas
mutuamente en paralelo también del modelo de utilidad japonés
57-73340. Estas formas de ejecución antes citadas se
refieren sin embargo a anillos de compresión, cuyo requisito es muy
reducido en cuanto a la presión superficial, mientras que los
anillos rascadores de aceite exigen elevadas presiones
superficiales.
Del documento JP 04050554 A se conoce un anillo
rascador de aceite formado por dos laminillas y un muelle extensor
conformado especialmente, cuyos flancos discurren convergiendo, con
lo que durante el movimiento de vaivén del pistón se quiere obtener
una variación de posición mejorada de las laminillas.
Es tarea de la invención indicar un anillo
rascador de aceite enterizo para un pistón de un motor de combustión
interna que, frente al estado de la técnica conocido, presente una
mejor acción rascadora de aceite con un menor rozamiento y un menor
desgaste de la superficie de rodadura.
Esta tarea es resuelta mediante las
particularidades de la parte característica de la reivindicación
1.
La superficie de rodadura de la laminilla
destaca por una inclinación asimétrica con un abombamiento muy
reducido frente al estado de la técnica, en donde el contorno de
superficie de rodadura puede describirse aproximadamente mediante un
polinomio de 2º grado.
Mediante la configuración de superficies de
rodadura y flancos conforme a la invención de la laminilla en la
ranura anular se consigue, mediante un requisito hidrodinámico más
favorable para la laminilla, una disminución de la energía de
rozamiento del anillo rascador de aceite o una reducción de la
fuerza tangencial, en donde la función de rascado de aceite de la
laminilla se conserva aquí en toda su amplitud. La reducción de la
energía de rozamiento produce una mejora del grado de eficacia del
motor o puede mejorarse mediante un aumento de la fuerza
tangencial, en el caso de un nivel de energía de rozamiento
invariable del comportamiento de rascado de aceite.
Configuraciones convenientes de la invención son
objeto de las reivindicaciones subordinadas.
A continuación se describe un ejemplo de
ejecución de la invención con base en el único dibujo. Aquí muestra
la figura una sección transversal del anillo rascador de aceite
conforme a la invención en una ranura anular de un pistón.
Como puede verse en la figura, está dispuesta
una laminilla 1 en un anillo anular 7 con un flanco de ranura
anular 5 dirigido hacia el fondo de pistón y un flanco de ranura
anular 6 dirigido hacia fuera del fondo de pistón de un pistón. La
laminilla 1 presenta conforme a la invención una superficie de
rodadura h bombeada conformada asimétricamente, con una línea de
vértices 3 que se extiende por el perímetro de la laminilla, en
donde la línea de vértices 3 actúa como arista para el rascado de
aceite en contacto con la pared del cilindro 8. En el ejemplo de
ejecución la laminilla 1 está dispuesta en estado montado en el
pistón, de tal modo que la línea de vértices 3 de la superficie de
rodadura h está dispuesta hacia el flanco de ranura anular 6 alejado
del lado del fondo de pistón.
La laminilla 1 presenta flancos de laminilla 2 y
2', que discurren radialmente hacia fuera hasta la superficie de
rodadura h formando un ángulo \alpha, de tal modo convergiendo
entre ellos, que al hacer contacto el flanco 2 con el flanco de
ranura anular 5 vuelto hacia el lado de fondo de pistón, la
laminilla sólo está en contacto con la línea de vértices 3 con la
pared del cilindro 8 del motor. Con ello se obtiene un ángulo entre
el flanco de ranura anular 6 alejado del lado de fondo y el flanco
de laminilla 2' de con preferencia entre 3º y 5º. Los flancos de
laminilla 2 y 2' que se extienden radialmente hacia dentro están
unidos a una superficie extrema E, en donde mediante la superficie
extrema se generan puntos tangenciales T que forman el punto de
giro de la laminilla de forma correspondiente al movimiento de
elevación del pistón. Como se ha representado en la figura, toda la
superficie extrema E puede estar configurada de forma semicircular.
Una superficie extrema conformada a voluntad es posible siempre que
la superficie extrema esté configurada de forma semicircular
directamente sobre el punto de giro. La extensión axial de la
superficie extrema se corresponde fundamentalmente con la altura H
de la ranura anular 7, en donde se hace todavía posible la inserción
de la laminilla en la ranura anular 7.
En el caso de un contacto de los flancos de
lámina 2, 2' con el flanco de ranura anular 6 alejado del lado de
fondo de pistón, la laminilla 1 sólo entra en contacto con un primer
segmento (I) de la superficie de rodadura (h) con la pared del
cilindro. La superficie de rodadura h de la laminilla tiene conforme
a la invención una forma que se corresponde con un proceso de rodaje
de varios cientos de horas en el funcionamiento del motor. Esta está
caracterizada porque la superficie de rodadura h, en sección
transversal, en un primer segmento (I) de la forma asimétrica se
rige por un polinomio de 2º grado con h(x) = ax + bx^{2},
en donde x = coordenada de superficie de rodadura en el sistema de
coordenadas cartesiano en mm y a, b son coeficientes, estando a
definido por la relación entre la holgura axial del flanco aF de las
laminillas y la anchura B de las laminillas; aF = distancia entre el
flanco de ranura anular y la laminilla, medida sobre el diámetro
exterior de la ranura anular (véase la figura), B = anchura total =
anchura radial de la laminilla; b se define como importe de la
curvatura de superficie de rodadura; como un vértice (II) soporte
h(x=0) ejecutado como arista 3, y en un tercer segmento (III)
de la forma asimétrica se rige por la función h(x) =
cx^{2}, con c como un múltiplo de b. Como ejemplo de laminillas
con un grosor de 0,4 mm se obtiene un valor h(x) = 35x +
50x^{2}. De este modo pueden obtenerse las curvas de sección
transversal representadas de forma correspondiente a las figuras 1 y
2, con x como coordenada de superficie de rodadura en mm y
h(x) como bombeado en \mum. Se entiende que los
coeficientes de este polinomio deben ajustarse a la aplicación
específica, en donde aquí los parámetros esenciales son el diámetro
de cilindro, las dimensiones de la sección transversal de laminilla
y las relaciones axiales de holgura del anillo rascador de aceite
instalado en la ranura anular. El bombeado normal de la superficie
de rodadura h según la invención es conforme a la invención de
aproximadamente entre 2 y 10 \mum/0,4 mm frente a las ejecuciones
según el estado de la técnica de entre 3 y 5 \mum/0,15 mm.
Funcionalmente la acción rascadora de aceite
mejorada conforme a la invención se obtiene por medio de que la
fuerza de rozamiento que actúa sobre la superficie de rodadura h de
la laminilla en la dirección axial del cilindro genera un par de
giro, que bombea en forma de platillo la laminilla. Esto es posible
porque la configuración de los flancos de laminilla 2 y 2' impide un
movimiento de la laminilla en dirección axial sobre todo sobre la
capa interior, mientras que por el contrario sobre la capa exterior
son posibles amplitudes de movimiento axiales claramente
mayores.
La fuerza de rozamiento y con ello el par de
giro cambian de signo dependiendo de la dirección de elevación del
pistón. Debido a que la magnitud de la fuerza de rozamiento depende
todavía de la velocidad, esto tiene como consecuencia variaciones
constantes del abombado en forma de platillo, que recibe el nombre
de torsión dinámica. Mediante la torsión dinámica la laminilla, que
durante el movimiento de elevación alejándose de la cámara de
combustión -carrera ascendente- hace contacto con el flanco de
ranura elástica vuelta hacia el lado del fondo de pistón, genera una
buena acción rascadora de aceite en combinación con la inclinación
asimétrica de la superficie de rodadura -soporta con "arista"-,
mientras que la otra posición en cada caso de la laminilla presenta
una mejor hidrodinámica durante la carrera ascendente a causa del
abombado definido de la superficie de rodadura -soporta con
"superficie"- (comienzo del corte I). Por medio de esto se
reduce la energía de rozamiento sobre la laminilla, que en estado
torsionado presenta una peor acción rascadora de aceite. Una
modificación de la dirección de carrera produce un rebatimiento de
la laminilla a la otra posición en cada caso.
Debe tenerse en cuenta la orientación con la
posición correcta de la laminilla durante la instalación del anillo
rascador de aceite, que puede garantizarse por ejemplo mediante una
marca de color sobre el flanco de laminilla.
La producción de la forma o del contorno de
superficie de rodadura puede realizarse por ejemplo mediante
rectificado.
- 1
- Laminilla, anillo rascador de aceite
- 2, 2'
- Flancos de laminilla
- 3
- Línea de vértices (arista)
- 5
- Flanco de ranura anular vuelto hacia el lado del fondo de pistón
- 6
- Flanco de ranura anular alejado del lado del fondo de pistón
- 7
- Ranura anular
- 8
- Pared del cilindro
- 9
- Pistón
- E
- Superficie extrema
- h
- Superficie de rodadura
- H
- Altura de la ranura anular
- T
- Punto tangencial
- B
- Anchura total = anchura radial de la laminilla
Claims (3)
1. Anillo rascador de aceite para pistones de
motores de combustión interna, compuesto de una laminilla (1) cuya
superficie de rodadura (h) presenta una forma asimétrica bombeada
con una línea de vértices (3) que se extiende por el perímetro de la
laminilla, en donde la laminilla (1) está dispuesta en el estado
montado del anillo rascador de aceite (1) en el pistón en una ranura
anular (7) del pistón con un flanco de ranura anular alejado (6) del
lado del fondo de pistón y otro vuelto hacia (5) el lado del fondo
de pistón, dispuestos en cada caso paralelos entre sí,
caracterizado porque los flancos de laminilla (2, 2') que
discurren radialmente hacia fuera hasta la superficie de rodadura
(h) formando un ángulo (\alpha), convergiendo de tal modo entre
ellos que, en el estado montado del anillo rascador de aceite (1) en
el pistón al hacer contacto uno de los flancos con el flanco de
ranura anular (5) vuelto hacia el lado de fondo de pistón, la
laminilla sólo está en contacto con la línea de vértices (3) con la
pared del cilindro (8) y al hacer contacto uno los flancos de
laminilla con el flanco de ranura anular (6) alejado del lado de
fondo de pistón, la laminilla sólo entra en contacto con un primer
segmento (I) de la superficie de rodadura (h) con la pared del
cilindro, en donde la superficie de rodadura (h) de la laminilla (1)
en sección transversal,
- -
- en un primer segmento (I) de la forma asimétrica se rige por un polinomio de 2º grado con h(x) = ax + bx^{2}, en donde x = coordenada de superficie de rodadura en el sistema de coordenadas cartesiano en mm y a, b son coeficientes, estando a definido por la relación entre la holgura axial del flanco (aF) de las laminillas y la anchura (B) de las laminillas; b se define como importe de la curvatura de superficie de rodadura;
- -
- como un vértice (II) soporte h(x=0) ejecutado como arista,
- -
- y en un tercer segmento (III) de la forma asimétrica se rige por la función h(x) = cx^{2}, con c como un múltiplo de b.
2. Anillo rascador de aceite según la
reivindicación 1, caracterizado porque en el estado montado
del anillo rascador de aceite (1) en el pistón la línea de vértices
(3) de la superficie de rodadura (h) está dispuesta hacia el flanco
de ranura anular (6) alejado del lado del fondo de pistón.
3. Anillo rascador de aceite según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los flancos de
laminilla (2, 2') que se extienden radialmente hacia dentro están
unidos mediante una superficie extrema (E), que configura puntos
tangenciales (T) para un movimiento giratorio de la laminilla de
forma correspondiente al movimiento de elevación del pistón.
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