ES2341266T3 - Piston para un motor de combustion interna asi como motor de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Pistón (20) para un motor de combustión interna, cuyo pistón (20) presenta un canal de refrigeración (10) sensiblemente periférico con un único orificio de entrada (14) y por lo menos dos orificios de salida (18), de los cuales por lo menos dos (18.1, 18.2) están totalmente separados entre sí en cuanto al medio refrigerante que sale.
Description
Pistón para un motor de combustión interna así
como motor de combustión interna.
La invención se refiere a un pistón para un
motor de combustión interna así como a un motor de combustión
interna con un pistón de la nueva clase.
Los pistones de los motores de combustión
interna están expuestos durante el funcionamiento a elevadas cargas
térmicas. Con el fin de evitar temperaturas excesivamente altas se
pueden refrigerar los pistones aplicando medidas adecuadas. Esto se
realiza principalmente por el hecho de que el pistón respectivo se
expone a un medio refrigerante, generalmente aceite, desde el lado
del cárter de cigüeñal. Un medio refrigerante de esta clase está en
contacto con el material del pistón a lo largo de por lo menos un
determinado período de tiempo, de modo que puede absorber calor de
éste. Por el hecho de que está asegurada la evacuación del medio
refrigerante calentado de este modo y además se procura la
reposición de medio refrigerante relativamente frío, se puede
mantener la temperatura del pistón dentro de un campo seguro.
El documento US 5.595.145 se refiere a un pistón
para un motor de combustión interna que presenta una cámara de
refrigeración sensiblemente periférica con un orificio de entrada y
dos orificios de salida que están comunicados entre sí a través de
la cámara de refrigeración.
Por el documento DE 102 18 653 A1 se conoce un
pistón en el que está previsto un soporte anular con una chapa de
canal de refrigeración que puede presentar varias zonas planas. Las
zonas planas se pueden taladrar para formar entradas y salidas.
Dado que el canal de refrigeración así formado es periférico, en el
caso de que estén previstos dos orificios de salida, éstos están
comunicados entre sí.
Esto es igualmente aplicable al pistón según el
documento EP 1 063 409 A2, en el que están previstos dos orificios
de entrada simétricos, de los cuales se aprovecha solamente uno en
cada caso, según la orientación que adopte el pistón al ser
instalado. El otro orificio de entrada se puede aprovechar como
orificio de salida, pero está también comunicado con el orificio de
salida que está previsto en cualquier caso.
Por último, se deduce del documento EP 1 231 374
A2 un pistón que en las zonas situadas junto a los bujes del bulón
del pistón presenta diversas zonas en voladizo. Éstas se someten a
presión desde el lado del cárter de cigüeñal con aceite
refrigerante, que por tramos puede fluir a través de los así
denominados canales de paso.
La invención tiene como objetivo crear un pistón
para un motor de combustión interna y un motor de combustión
interna que esté mejorado en cuanto a la posibilidad de obtener una
refrigeración segura.
La solución de este objetivo se obtiene mediante
el pistón descrito en la reivindicación 1.
De acuerdo con ésta, el pistón presenta un canal
de refrigeración con un único orificio de entrada y por lo menos
dos orificios de salida. De los orificios de salida hay por lo menos
dos separados entre sí en cuanto a la salida del refrigerante. Esto
debe entenderse de tal modo que en la zona de los orificios de
salida no existe entre éstos ninguna comunicación de flujo. Por el
contrario, el medio refrigerante que fluye desde el orificio de
entrada a través del correspondiente tramo de canal a un orificio de
salida separado fluídicamente de otros orificios de salida, puede
salir sin obstrucciones de este orificio de salida. No se da el caso
de que medio refrigerante procedente de diferentes tramos de canal
salga por un mismo orificio de salida. Por el contrario, cada tramo
de canal o "canal parcial" presenta por lo menos un orificio de
salida "propio", es decir asignado únicamente a este tramo de
canal. En particular puede estar prevista en la zona del orificio
de salida una comunicación en forma de un paso preferentemente
pequeño. Sin embargo no está previsto que a través de este paso
fluya refrigerante de uno de los tramos del canal de refrigeración
al otro tramo del canal de refrigeración o a su orificio de salida.
Por el contrario, mediante un diseño adecuado de las paredes en la
zona del respectivo orificio de salida se conduce el refrigerante
procedente del respectivo tramo de canal de refrigeración al
respecto orificio de salida asignado a este tramo de canal de
refrigeración. De este modo se evita de forma ventajosa que se vea
influenciada y perturbada la salida de refrigerante del respectivo
otro tramo de canal de refrigeración. El orificio de entrada también
puede designarse como entrada, acometida, orificio de entrada,
orificio de acometida, orificio de llegada u orificio de
penetración. El orificio de salida también se podría designar
simplemente como salida u orificio de salida.
La medida conforme a la invención aporta las
siguientes ventajas. El efecto de refrigeración depende entre otras
cosas del tiempo de permanencia del fluido refrigerante en el canal
de refrigeración. En particular se puede ajustar el efecto de
refrigeración deseado de modo que el medio refrigerante abandone el
canal de refrigeración después de un determinado tiempo de
permanencia. Esto se puede asegurar especialmente bien conforme a
la invención por el hecho de que en el orificio de salida sea
posible que se produzca la salida sin obstrucciones del chorro de
refrigerante. A diferencia de una situación en la que se reúnen en
un mismo orificio de salida dos flujos de medio refrigerante que se
influyen mutuamente, en el pistón conforme a la invención puede
tener lugar la salida sin perturbación del flujo de medio
refrigerante. Esto mejora el efecto de refrigeración.
Mediante el pistón conforme a la invención se
puede mejorar en particular también la refrigeración de un pistón
en el que el canal de refrigeración conste de dos tramos de
diferente longitud. Y es que debido al movimiento de subida y
bajada del pistón se produce en el canal de refrigeración un flujo
pulsado. Por lo tanto la onda de presión del tramo de canal de
refrigeración más corto puede alcanzar el orificio de salida antes
de la onda de presión del tramo más largo, impidiendo la salida del
flujo de medio refrigerante del tramo más largo. En este tramo más
largo se produce por lo tanto un tiempo de permanencia más largo del
medio refrigerante y se empeora la refrigeración. En una situación
tal, la medida conforme a la invención crea un remedio eficaz y
permite en particular una refrigeración eficaz también en el caso en
el que un canal de refrigeración presente dos tramos de diferente
longitud. En resumen, se evita una retención o formación de
torbellino a la salida de los flujos de medio refrigerante.
En las investigaciones se ha observado que
gracias a la medida conforme a la invención se puede conseguir un
flujo casi laminar del medio refrigerante, en particular del aceite
refrigerante, lo cual es sumamente favorable para la transmisión de
calor.
A este respecto se obtiene además la ventaja de
que gracias a la posibilidad de poder prever tramos de canal de
diferente longitud, y obtener a pesar de ello una refrigeración
eficaz, el orificio de entrada se puede disponer descentrado. En
este caso se puede mantener sin embargo una disposición centrada de
los orificios de salida, de tal modo que se encuentren encima del
bulón del pistón, en particular entre los bujes del bulón y el ojo
pequeño de la biela. Una disposición de esta clase es ventajosa para
conseguir una lubricación óptima de la unión articulada entre el
bulón del pistón y los bujes del pistón o el ojo de la biela. Los
dos orificios de salida pueden estar dispuestos en particular y de
forma ventajosa a la izquierda y a la derecha del ojo de la biela
para obtener aquí una lubricación ventajosa. Esta ventaja puede
realizarse en particular en el caso de que haya un chorro de medio
refrigerante que transcurra sensiblemente paralelo al eje del
pistón. Frente a esto se conoce en el estado de la técnica el hecho
de emplear un chorro de medio refrigerante inclinado que según la
posición del pistón dentro del marco de la dirección hacia arriba y
hacia abajo penetra en uno de dos orificios de entrada o de salida.
También en un caso así se subdivide el chorro de medio refrigerante
en tramos de canal individuales. Sin embargo se producen en un
volumen considerablemente mayor de hasta un 20% unas
"salpicaduras" del aceite en el nervio de división entre los
dos orificios de entrada, que se desaprovechan. Frente a esto, el
chorro de medio refrigerante posible previsto conforme a la
invención y sensiblemente paralelo al eje del pistón se puede
aprovechar plenamente ya que con independencia del movimiento de
subida y bajada del pistón puede incidir siempre sobre el mismo
punto en un nervio divisor optimizado en cuando a geometría de
flujo. De este modo se puede subdividir, sensiblemente sin pérdidas,
el chorro de medio refrigerante en dos o más tramos de canal que
pueden tener diferente longitud.
Como complemento hay que mencionar que una
posible combinación de características nueva en comparación con el
estado de la técnica y que logra las ventajas conformes a la
invención puede consistir en que un canal de refrigeración
sensiblemente periférico presenta por lo menos un orificio de
entrada y por lo menos dos orificios de salida que en lo que se
refiere al medio refrigerante que sale, están separados entre sí.
Mediante un pistón dotado de estas características se pueden
conseguir también mejoras respecto al estado de la técnica. Esto es
aplicable además para un pistón cuyo canal de refrigeración presente
por lo menos un orificio de entrada, que se continúa con por lo
menos dos tramos de canal, cada uno con un único orificio de salida
asignado al respectivo tramo de canal. Estas formas de realización
últimamente descritas deben considerarse como objeto de la
solicitud, y se pueden combinar en particular con todas las
características citadas con anterioridad y a continuación.
Además de esto, el canal de refrigeración del
pistón conforme a la invención está realizado de modo que transcurra
sensiblemente periférico. Aunque cabe imaginar que gracias al canal
de refrigeración realizado conforme a la invención solamente se
refrigeran algunas zonas del pistón, se prefiere prever dos tramos
de canal de refrigeración de forma sensiblemente semicircular. Esto
significa que los dos orificios de salida están dispuestos contiguos
entre sí pero independientes entre sí. Dado que en determinadas
formas de realización no existe en este punto ninguna continuidad
de la realización periférica, se describe un canal de refrigeración
diseñado de esta forma como sensiblemente
periférico.
periférico.
Unos perfeccionamientos preferentes del pistón
conforme a la invención se describen en las restantes
reivindicaciones.
Para unas condiciones de flujo que son
especialmente eficaces con vistas a la transmisión de calor ha
resultado ventajoso prever en la zona del orificio de entrada por
lo menos un elemento divisor del flujo. Para ello se puede tratar
por ejemplo de un nervio o de un saliente sobre el cual incide el
flujo de medio refrigerante alimentado por ejemplo a través de una
tobera. El elemento divisor de flujo divide el flujo de medio
refrigerante entre los respectivos tramos de canal. Dado que, tal
como ya se ha mencionado, por lo menos dos tramos de canal
presentan cada uno respectivamente su orificio de salida
"propio", se puede asegurar un flujo sin obstrucciones del
medio refrigerante y no se obstaculiza la continuación de afluencia
del medio refrigerante. El elemento divisor de flujo está
preferentemente optimizado en cuanto a geometría de flujo de tal
modo que el flujo de agente refrigerante se pueda subdividir entre
las por lo menos dos direcciones, sensiblemente sin pérdidas por
torbellino. El elemento divisor de flujo está realizado
preferentemente en la entrada de tal modo que provoque en todo caso
unos cambios de dirección suaves y se eviten cambios de dirección
bruscos. De este modo se pueden evitar en gran medida pérdidas de
flujo y torbellinos.
En los ensayos se ha comprobado que gracias a
las medidas antes descritas ya se puede asegurar un flujo de medio
refrigerante especialmente escaso de pérdidas y eficaz en cuanto a
la transmisión de calor. Se puede conseguir sin embargo otra mejora
adicional gracias a la medida preferente según la cual en la zona de
por lo menos un tramo de canal de refrigeración, entre el orificio
de entrada y el respectivo orificio de salida, esté prevista una
sección al menos sensiblemente constante. De este modo se pueden
seguir mejorando las condiciones de flujo.
Tal como se ha mencionado anteriormente, la
medida conforme a la invención permite que el canal de refrigeración
presente tramos de diferente longitud. También se ha expuesto que
esto es ventajoso en cuanto al aprovechamiento del chorro de medio
refrigerante introducido. Esto se puede conseguir especialmente por
aquella medida preferente de que el orificio de entrada esté
previsto en posición asimétrica con respecto a los orificios de
salida. Esto se prefiere por el hecho de permitir un chorro de
medio refrigerante que sea sensiblemente paralelo al eje del pistón
y que a la entrada se pueda alimentar con pérdidas especialmente
reducidas.
Aplicando medidas especiales se puede mejorar
adicionalmente el pistón conforme a la invención para mejorar la
refrigeración, también con vistas a la lubricación de la unión entre
el bulón del pistón y los ojos del bulón del pistón o el ojo de la
biela. Esto se puede conseguir porque por lo menos un orificio de
salida está orientado en la dirección del ojo del bulón del pistón.
Dicho con otras palabras, en el orificio de salida se produce un
cambio de dirección preferentemente suave en una dirección que se
aleja del fondo del pistón, o "hacia abajo" en la orientación
usual del pistón. Por esto en esta forma de realización preferida el
chorro de medio refrigerante está orientado en la dirección del
bulón del pistón y puede ocuparse aquí de realizar una lubricación
ventajosa. También en este punto puede tener lugar de forma
ventajosa el deseado cambio de dirección en el orificio de salida
de forma tan suave y sin un cambio de dirección brusco, que la
salida del flujo de medio refrigerante se produzca sensiblemente
sin obstrucciones y sin formación de torbellinos.
Se prefiere además que por lo menos un orificio
de salida esté previsto en una zona situada entre los ojos del
bulón del pistón, si bien generalmente desplazada hacia el borde.
Con vistas a lograr una lubricación especialmente eficaz del bulón
del pistón se puede efectuar de este modo una orientación
especialmente favorable del chorro de medio refrigerante sobre las
zonas que se trata de lubricar.
El pistón objeto de la invención se combina
además preferentemente con un bulón del pistón y una biela. En una
combinación de esta clase se pudieron observar unas condiciones de
lubricación especialmente favorables en el bulón del pistón, si por
lo menos un orificio de salida se encuentra en una zona entre un ojo
de bulón del pistón y el ojo de la biela, pero típicamente en un
borde del pistón. De este modo se puede lubricar eficazmente
mediante el chorro de medio refrigerante que sale, tanto la unión
entre el bulón del pistón y el ojo del bulón del pistón como
también la unión con el ojo de la biela.
En principio el pistón conforme a la invención
está en condiciones autónomas de funcionar. Sin embargo sus
ventajas las despliega especialmente en el estado en el que está
instalado en un motor de combustión interna. A este respecto se
considera como objeto de la solicitud también un motor de combustión
interna dotado con por lo menos un pistón de esta clase.
Para el motor de combustión interna realizado
conforme a la invención de este modo se prefiere para el
aprovechamiento eficaz de un chorro de medio refrigerante que aquél
presente una instalación para generar un chorro de medio
refrigerante que transcurra sensiblemente paralelo al eje del
pistón. Mediante un chorro de medio refrigerante de este tipo que
se puede emplear de forma ventajosa en un pistón conforme a la
invención con orificio de entrada previsto en disposición
asimétrica se consiguen en el orificio de entrada unas pérdidas
notablemente inferiores a lo que sucede en las disposiciones
conocidas por el estado de la técnica con chorro de medio
refrigerante inclinado. Si bien es ventajoso, tal como se ha
explicado anteriormente, que el chorro de medio refrigerante
transcurra sensiblemente paralelo al eje del pistón, esto no es
absolutamente imprescindible. El chorro de medio refrigerante puede
transcurrir más bien también de cualquier modo inclinado u oblicuo
respecto al eje del pistón.
A continuación se explica con mayor detalle una
forma de realización de la invención representada a título de
ejemplo en los dibujos.
Éstos muestran:
Fig. 1 esquemáticamente, el canal de
refrigeración del pistón conforme a la invención y el flujo generado
en el mismo;
Fig. 2 la cara inferior de un pistón conforme a
la invención;
Fig. 3 una vista en sección del pistón conforme
a la invención en la zona del orificio de entrada; y
Fig. 4 una vista en sección del pistón en la
zona de los orificios de salida.
La Fig. 1 muestra esquemáticamente el canal de
refrigeración 10 del pistón conforme a la invención. Éste presenta
esencialmente dos tramos de canal de refrigeración de forma
semicircular 12.1 y 12.2. El medio refrigerante entra en el canal
de refrigeración 10 a través de un único orificio de entrada 14, en
el cual se subdivide el chorro de medio refrigerante en los dos
flujos parciales en los tramos de canal de refrigeración 12.1 y
12.2, mediante un elemento divisor del flujo 16, preferentemente en
forma de un nervio o resalte. El elemento divisor de flujo 16 está
optimizado de tal modo en el aspecto hidrodinámico que no se
produzcan cambios de dirección bruscos sino suaves, y que las
pérdidas de flujo y los torbellinos sean reducidos. El flujo de
medio refrigerante abandona el respectivo tramo de canal de
refrigeración 12.1 ó 12.2 a través de un orificio de salida 18.1 ó
18.2 propio para cada uno, asignado exclusivamente al respectivo
tramo de canal de refrigeración. En la zona de la transición entre
el respectivo tramo de canal de refrigeración 12 y el orificio de
salida 18 las paredes necesarias para el cambio de dirección
también están realizadas optimizadas armónicamente y en cuanto a
geometría hidrodinámica de modo que no se produzcan cambios de
dirección abruptos ni torbellinos. El flujo de refrigerante puede
salir más bien sin obstrucciones del respectivo orificio de salida
18. En particular, los dos flujos de medio refrigerante no se
interfieren mutuamente gracias a la separación hidrodinámica en la
salida. Con vistas a la Fig. 1, se entiende que la representación
está muy esquematizada, y generalmente ni la entrada ni la salida
tiene lugar "lateralmente" con respecto a o del canal de
refrigeración 10. El canal de refrigeración 10 está realizado más
bien en un plano sensiblemente perpendicular al eje del pistón. La
entrada y/o la salida tienen lugar sensiblemente en dirección
paralela al eje del pistón, es decir desde la cara inferior del
pistón. Esto no se reconoce en la representación esquemática de la
Fig. 1 pero se deduce de la Fig. 2.
La Fig. 2 muestra un pistón 20 conforme a la
invención desde la cara inferior, de modo que se reconoce el
orificio de entrada 14 y los dos orificios de salida 18.
Aproximadamente en el centro del orificio de entrada 14 se
encuentra el elemento divisor de flujo 16 realizado en forma de un
nervio o abultamiento. La Fig. 3 muestra en una sección radial del
pistón 10 los dos tramos del canal de refrigeración 12.1 y 12.2. En
la zona del orificio de entrada común 14 se reconoce el elemento
divisor de flujo 16. De la Fig. 3 se deduce además que la sección
de los tramos de canal de refrigeración 12.1, 12.2 es sensiblemente
constante, al menos a lo largo de la extensión del tramo
respectivo, de modo que se favorece un flujo de refrigerante
conveniente y en gran medida sin obstrucciones. La sección se
mantiene constante, especialmente partiendo del punto en el que el
elemento divisor de flujo 16 tiene forma inclinada hacia los
respectivos tramos de canal de refrigeración 12.1 ó 12.2. En la
forma de realización de la Fig. 3 se observa además que el orificio
de entrada 14 está descentrado. Esto es el resultado de que en la
representación de la Fig. 3 el pistón está ligeramente girado hacia
la derecha, de modo que se reconoce la superficie interior del ojo
izquierdo del bulón del pistón 22.
Frente a esto se deduce de la representación en
sección de la Fig. 4 que se trata de una vista perpendicular a un
eje (imaginario) del bulón del pistón. En la Fig. 4 se observa que
en esta vista los dos orificios de salida 18.1 y 18.2 son
simétricos entre sí, mientras que comparando con la Fig. 3 se deduce
que el orificio de entrada está previsto en posición asimétrica. En
la Fig. 4 se observa además que los dos orificios de salida 18.1 y
18.2 están sin embargo comunicados entre sí mediante un pequeño
orificio de paso 24. El desvío del respectivo flujo de medio
refrigerante tiene sin embargo lugar por las paredes inclinadas 26
de tal modo que la salida de flujo de medio refrigerante se efectúe
al menos en su mayor parte exclusivamente a través de uno de los
orificios de salida 18.1 ó 18.2, concretamente el correspondiente al
respectivo tramo de canal de refrigeración 12.1 ó 12.2, y no se
produzca ninguna influencia mutua desfavorable. En conjunto y
gracias a la realización armónica de las paredes inclinadas y
ligeramente cóncavas 26 se produce una desviación favorable
fluídicamente del respectivo flujo de medio refrigerante hacia
abajo, a la zona entre los ojos de bulón del pistón 26, para que en
estado instalado se logre una lubricación favorable del bulón del
pistón. Además, las paredes 26 pueden estar unidas, a diferencia de
lo representado en la Fig. 4, con el "saliente" 26 representado
por debajo del orificio de paso representado 24. En este caso los
orificios de salida 18.1, 18.2 están totalmente separados entre sí.
Por este motivo no puede llegar medio refrigerante de un lado al
otro, igual que ya sucede en la forma de realización de la Fig. 4,
y no se produce ningún menoscabo de la salida de medio refrigerante
en el respectivo orificio de salida 18.1 y 18.2.
Claims (9)
1. Pistón (20) para un motor de combustión
interna, cuyo pistón (20) presenta un canal de refrigeración (10)
sensiblemente periférico con un único orificio de entrada (14) y por
lo menos dos orificios de salida (18), de los cuales por lo menos
dos (18.1, 18.2) están totalmente separados entre sí en cuanto al
medio refrigerante que sale.
2. Pistón según la reivindicación 1,
caracterizado porque en la zona del orificio de entrada (14)
está previsto por lo menos un elemento divisor de flujo (16).
3. Pistón según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque en la zona de por lo menos un tramo de
canal de refrigeración (12.1, 12.2) y entre el orificio de entrada
(14) y el respectivo orificio de salida (18.1, 18.2) está prevista
una sección al menos sensiblemente constante.
4. Pistón según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el orificio de entrada (14)
está previsto en una disposición asimétrica con relación a los
orificios de salida (18).
5. Pistón según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque por lo menos un orificio de
salida (18) está orientado en dirección hacia un bulón del
pistón.
6. Pistón según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque por lo menos un orificio de
salida (18) está situado en una zona entre los ojos de bulón del
pistón (22).
7. Pistón según una de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque éste está combinado con un
bulón del pistón y una biela, y porque en una zona entre un ojo de
bulón del pistón (22) y un ojo de biela está previsto por lo menos
un orificio de salida (18).
8. Motor de combustión interna con por lo menos
un pistón según una de las reivindicaciones anteriores.
9. Motor de combustión interna según la
reivindicación 8, caracterizado porque presenta un
dispositivo para generar un chorro de medio refrigerante que
transcurre sensiblemente paralelo al eje del pistón.
Applications Claiming Priority (2)
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