ES2384192T3

ES2384192T3 - Aislamiento de intersticio de aire en un casquillo cilíndrico

Info

Publication number: ES2384192T3
Application number: ES08151490T
Authority: ES
Inventors: Diethard Plohberger
Original assignee: MWM GmbH; Deutz Power Systems GmbH
Current assignee: Caterpillar Energy Solutions GmbH
Priority date: 2007-02-17
Filing date: 2008-02-15
Publication date: 2012-07-02
Anticipated expiration: 2028-02-15
Also published as: US7726267B2; EP1965068A1; DE102007007977A1; US20080196686A1; ATE549500T1; EP1965068B1

Abstract

Casquillo cilíndrico (1) para un motor de combustión interna, en el que un pistón (10) es móvil entre un puntomuerto inferior y un punto muerto superior en una dicción axial K, y que presenta un collar de casquillo cilíndrico (2),a través del cual se puede fijar el casquillo cilíndrico (1) en una carcasa (4) del motor de combustión interna, en elque está prevista una escotadura (7) en el lado de la culata, en la que está insertado un anillo de inserción (8) conuna altura hR, y entre el anillo de inserción (8) y el casquillo cilíndrico (1) está previsto un aislamiento de intersticio deaire, caracterizado porque el anillo de casquillo cilíndrico (2) presenta una altura hB, que está entre 83 % y 95 % o100 % de la altura hR del anillo de inserción (8).

Description

Aislamiento de intersticio de aire en un casquillo cilíndrico

La invención se refiere a un casquillo cilíndrico para un motor de combustión interna, en particular para motor de gas, con una carcasa de cigüeñal, en el que está alojado de forma giratoria un árbol de cigüeñal, en el que está articulada al menos una biela que soporta un pistón, en el que en el casquillo cilíndrico es móvil un pistón entre un punto muerto inferior y un punto muerto superior en una dicción axial K, en el que el casquillo cilíndrico presenta un collar de casquillo cilíndrico, a través del cual se inserta o bien se fija el casquillo cilíndrico en una carcasa del motor de combustión interna, y en el que está prevista una escotadura en el lado de la culata, en la que está insertado un anillo de inserción con una altura hR.

El anillo de inserción está configurado y dispuesto, en general, de tal forma que la ranura del anillo de pistón más alta, insertada en el pistón, se proyecta, en la posición OT del pistón, hasta el anillo de inserción.

Un casquillo cilíndrico de este tipo para un motor de combustión interna se conoce a partir del documento DE 1 900 922 B. Las enseñanzas de esta publicación se ocupan de proporcionar una disposición de casquillos de cilindro y pistón, en la que a pesar de la presencia de un espacio intermedio en forma de anillo incrementado entre el pistón y el casquillo cilíndrico se evita una capa de carbonilla, que podría entrar en contacto con la pared interior del cilindro, precisamente en este espacio intermedio. Esto se consigue porque la pared interior del casquillo cilíndrico presenta en su extremo del lado de la cámara de combustión una sección estrechada en el diámetro. Esta sección se fabrica a través de un anillo de inserción insertado en el casquillo cilíndrico, de manera que el anillo de inserción está fabricado con preferencia del mismo material que el casquillo cilíndrico y está insertado fijamente en la escotadura.

En el documento WO 2004/022960 A1 se describe un casquillo cilíndrico con un collar de casquillo cilíndrico, que presenta una escotadura en el lado de la culata, en la que está insertado u anillo de inserción. El anillo de inserción está formado de un material más estable térmicamente que el casquillo cilíndrico y sirve para la prevención de deposiciones en el pistón. En el extremo superior del lado frontal del anillo de inserción está prevista una escotadura dentro de la pared exterior, para que se impida una corriente directa de calor desde el anillo de inserción en la parte frontal del casquillo cilíndrico. La acción de aislamiento se garantiza a través de un intersticio de aire formado de esta manera o a través del inserto de cerámica.

En el documento DE 30 38 235 A1 se describe de la misma manera un casquillo cilíndrico con un collar de casquillo cilíndrico y con un anillo de inserción aislado con intersticio de aire.

En el documento SU 1390 410 A1 se representa un casquillo cilíndrico con un collar de casquillo cilíndrico y un anillo de inserción. El anillo de inserción está aislado por medio de un anillo de aislamiento.

La invención se basa en el problema de desarrollar un casquillo cilíndrico de este tipo de tal forma que se eleva la estabilidad en la zona del extremo del casquillo cilíndrico del lado de la cámara de combustión y se garantiza un aislamiento suficiente en esta zona.

Este problema se soluciona porque el collar del casquillo cilíndrico presenta una altura hB, que está entre 83 % y 95 % o 100 % de la altura hR del anillo de inserción. De esta manera, el collar de casquillo cilíndrico está configurado más alto y, por lo tanto, más estilizado, que en el caso del estado de la técnica. De esta manera, se puede prescindir de otras medidas de elevación de la resistencia, por ejemplo en la caña hueca del casquillo cilíndrico. En efecto, se sabe que en esta zona del casquillo cilíndrico del lado de la cámara de combustión se producen cargas térmicas elevadas. En el pasado se han contrarrestado estas cargas térmicas proporcionando precisamente en esta zona una refrigeración intensiva, o bien aproximando la refrigeración lo más cerca posible del extremo frontal del casquillo cilíndrico. Pero tal refrigeración intensiva hace necesario configurar esta zona del casquillo cilíndrico o bien el collar de casquillo cilíndrico correspondientemente en forma de filigrana, con lo que esta zona del casquillo cilíndrico, por ejemplo provocado por las fuerzas de gas en el casquillo cilíndrico, es más sensible frente a deformación. Esta sensibilidad se intensifica sobre la periferia del casquillo cilíndrico debido a los diferentes espesores de pared de la carcasa circundante del cigüeñal o de otra carcasa intermedia. La aparición de deformación se favorece a través de distancias estrechas en el cilindro, que aparecen en virtud del deseo de motores de combustión interna de estructura corta o que se ajustan en desarrollos de motores de combustión interna presentes en virtud de incrementos de los taladro. Estos problemas se evitan a través de la configuración de acuerdo con la invención, siendo necesario para la realización de esta configuración en primer lugar el reconocimiento de que en el pasado las cargas térmicas estaban en un primer plano.

Entre el anillo de inserción y el casquillo cilíndrico está previsto un aislamiento de intersticio de aire o un anillo de aislamiento. En un desarrollo de la invención, en el aislamiento de intersticio de aire está previsto al menos un intersticio de aire definido con relación a la profundidad con una longitud total lL, en el que la relación de la altura hR del anillo de inserción con respecto a la longitud total 1L está entre 1,1 y 1,9 o entre 1,3 y 1.7. De esta manera, en esta zona se reduce claramente la disipación de calor desde el anillo de inserción hasta el casquillo cilíndrico, de manera que como resultado esta zona del casquillo cilíndrico o bien del collar de casquillo cilíndrico no debe

refrigerarse tan intensivamente. Dentro del collar de casquillo cilíndrico no son necesarias ya superficies espaciales de refrigeración separadas o bien canales de refrigeración y el casquillo cilíndrico o bien el collar de casquillo cilíndrico pude estar configurado en esta zona más macizo y más resistente a la torsión. Las temperaturas elevadas que aparecen a través del aislamiento en la cámara de combustión cilíndrica se pueden absorber, al menos parcialmente, a través de una intensificación de la refrigeración, especialmente en la zona de la culata y a través de otras medidas, por ejemplo a través de una sincronización adaptada de la combustión, de manera que no se producen inconvenientes, por ejemplo, con relación a las emisiones de gases y al consumo. La longitud total lL del intersticio de aire resulta en el caso de empleo de varios intersticios de aire separados en forma de varias cavidades como se explica a continuación a partir de la suma de las alturas hv de las cavidades.

En otra configuración de la invención, puede ser ventajoso que el intersticio de aire esté configurado como una cavidad practicada en la periferia exterior del anillo de inserción o como una cavidad practicada en la periferia interior de la escotadura. La cavidad circunferencial resulta a través de reducción correspondiente del material. Evidentemente, en el marco de la invención pueden estar previstas también configuraciones combinadas, es decir, por ejemplo cavidades dispuestas en la periferia exterior del anillo de inserción y en la periferia interior de la escotadura, procurando que, por una parte, se consiga un buen efecto de aislamiento y, por otra parte, se configure el anillo de inserción suficientemente estable y sea retenido fijamente en el casquillo cilíndrico.

Además, puede ser ventajoso que la cavidad esté dispuesta coaxialmente al anillo de inserción. En lugar de la alineación coaxial también es posible una disposición descentralizada, de tal manera que la profundidad de la cavidad varía sobre la periferia.

También puede ser ventajoso que estén previstas dos, tres o más cavidades, que están colocadas superpuestas con relación a la dirección de movimiento K y están dispuestas a una distancia ‘a’ entre sí. De esta manera, se eleva el efecto de aislamiento y, sin embargo, se garantiza la rigidez del anillo de inserción.

Además, puede estar previsto que con relación a la dirección de movimiento axial K la cavidad presente una altura hv y delante y detrás de la cavidad esté prevista una nervadura, que delimita la altura hv de la cavidad. Sobre la nervadura o bien las nervaduras está apoyado el anillo de inserción en la escotadura contra el collar de casquillo cilíndrico. Esto tiene una influencia directa sobre la rigidez del anillo de inserción en dirección axial. Además, se cierra el cambio de las cavidades mutuamente.

A este respecto, puede ser ventajoso que la relación entre la altura hv de la cavidad y la distancia ‘a’ esté entre 1 y 7

o entre 3 y 6 o es 4,5. De acuerdo con el efecto de aislamiento deseado, por una parte, así como de la rigidez necesaria del anillo de inserción, por otra parte, se puede seleccionar la rigidez necesaria del anillo de inserción.

En este contexto, puede ser ventajoso que el anillo de inserción presenta un espesor dR y la cavidad presente una profundidad tv, en el que la relación entre el espesor dR y la profundidad tv está entre 2 y 15 o entre 7 y 13. Con la garantía de un intersticio de aire se reduce en una medida decisiva la transmisión de calor. La relación mencionada anteriormente se puede seleccionar teniendo en cuenta la rigidez del anillo de inserción, por una parte, así como el efecto de aislamiento, por otra parte.

El aislamiento se puede formar por un anillo de aislamiento entre el anillo de inserción y el casquillo cilíndrico. A tal fin se contempla, por ejemplo, un material cerámico. La ventaja de un anillo adicional consiste en el apoyo adicional alcanzado de esta manera del anillo de inserción en el casquillo cilíndrico a través de la omisión de las cavidades. El anillo de inserción está colocado plano contra el anillo de aislamiento y se apoya contra éste. El casquillo cilíndrico está reforzado, en general, todavía más adicionalmente.

El problema se soluciona también por medio de un motor de combustión interna con un casquillo cilíndrico descrito anteriormente.

Otras configuraciones ventajosas de la invención se pueden deducir a partir de la descripción del dibujo, en la que se describen en detalle ejemplos de realización representados en el dibujo. En este caso:

La figura 1 muestra una representación en sección del extremo del lado de la cámara de combustión de un casquillo cilíndrico con aislamiento de intersticio de aire practicado en el casquillo cilíndrico;

la figura 2 muestra una representación en sección del extremo del lado de la cámara de combustión de un casquillo cilíndrico con aislamiento de intersticio de aire practicado en el casquillo cilíndrico con aislamiento de intersticio de aire practicado en el anillo de inserción;

la figura 3 muestra una representación en sección según la figura 1 con anillo de aislamiento separado;

la figura 4 muestra un esbozo para la determinación de la longitud total lL del intersticio de aire.

La figura 1 muestra una representación en sección del extremo del lado de la cámara de combustión de un casquillo cilíndrico 1 de un motor de combustión interna especialmente alimentado con gas. El casquillo cilíndrico 1 presenta

un collar de casquillo cilíndrico 2, que está empotrado entre una culata 2 y una carcasa 4, en particular una carcasa de cigüeñal del motor de combustión interna. Para la obturación del casquillo cilíndrico 1 frente a la culata 3, entre estos componentes está prevista una junta de culata 5, que está dispuesta de tal forma que no se produce ninguna tensión del collar del casquillo cilíndrico 2. Entre el casquillo cilíndrico 1 y la carcasa 4 está dispuesta una envolvente de agua 6, que se carga con agua de refrigeración y se extiende hasta por debajo del collar de casquillo cilíndrico 2.

En el casquillo cilíndrico 2 está mecanizada, sobre el lado dirigido hacia la culata 3, una escotadura 7, que se extiende desde el extremo del lado de la culata del casquillo cilíndrico 1 hasta una zona debajo del extremo del lado de la carcasa del collar de casquillo cilíndrico 2. En esta escotadura 7 está insertado un anillo de inserción 8, que está fabricado con preferencia del mismo material que el casquillo cilíndrico 1, por ejemplo de hierro fundido. El anillo de inserción 8 presenta en su periferia exterior un aislamiento de intersticio de aire, que está practicado en el ejemplo de realización en forma de tres cavidades 9 periféricas anulares en el anillo de inserción 8. El anillo de inserción 8 presenta con preferencia un diámetro interior, que es insignificantemente menor que el del casquillo cilíndrico 1 en la zona debajo de la escotadura 7. Este saliente del anillo de inserción 8 provoca que tanto la carbonilla, que se adhieren en la nervadura de fuego 10.1, que se sumerge en el anillo de inserción 8, de un pistón 10 como también la carbonilla que se adhiere en el anillo de inserción 8 sean barridas a través de una dirección de movimiento axial K del pistón 10. La profundidad de inmersión del pistón 10 en el anillo de inserción 8 está diseñada de tal forma que un anillo de pistón 12 insertado en una ranura de anillo superior del pistón 11, en la posición de punto muerto superior (posición OT) del pistón 10 en el casquillo cilíndrico 1 no entra en contacto precisamente con el anillo de inserción 8,

El espesor del anillo de inserción 8 está con preferencia en el intervalo de 10 % a 15 % del espesor total del collar de casquillo cilíndrico 2, incluyendo el espesor de la escotadura 7. Los segmentos del anillo de inserción 8 son aproximadamente 20 % mayores que la altura del collar de casquillo cilíndrico 2.

El ejemplo de realización según la figura 2 se diferencia del mostrado en la figura 1 porque están practicadas, por ejemplo introducidas, unas cavidades 9a en la escotadura 7 del casquillo cilíndrico 1.

Las cavidades 9, 9a presentan en ambas configuraciones una profundidad tv, en la que la relación del espesor dR del anillo de inserción 8 con respecto a la profundidad tv es al menos 5, es decir, que la profundidad tv presenta hasta 20 % del espesor dR del anillo de inserción.

Las tres cavidades 9, 9a están dispuestas a una distancia ‘a’ entre sí y están separadas unas de las otras por medio de dos nervaduras interiores 14, 14a, de manera que las dos nervaduras exteriores 14, 14a forman el cierre axial superior e inferior, respectivamente. La relación de una altura hv de la cavidad 9, 9a respectiva con respecto a la distancia ‘a’ es aproximadamente 4.

El intersticio de aire formado a través de las cavidades 9, 9a presenta una longitud total lL. La longitud total lL resulta según la figura 4 a partir de una altura hR del anillo de inserción 8 menos la longitud total de todas las nervadura 14, 14a, que corresponde a cuatro veces la distancia a. La relación de la altura hR del anillo de inserción 8 con respecto a la longitud total lL es 1,33, es decir, que la longitud total lL es el 75 % de la altura hR del anillo de inserción 8.

De acuerdo con el ejemplo de realización de la figura 3, está previsto un anillo de aislamiento 14 adicional, que está dispuesto entre el anillo de inserción 8 y el collar de casquillo cilíndrico 2. El anillo de inserción 8 se apoya con toda la superficie contra el anillo de aislamiento 13. El anillo de aislamiento 13 se apoya con toda la superficie contra el collar de casquillo cilíndrico 2.

Lista de signos de referencia

1: Casquillo cilíndrico

2: Collar del casquillo cilíndrico

3: Culata

4: Carcasa

5: Junta de culata

6: Envolvente de agua

7: Escotadura

8: Anillo de inserción

9: Cavidad, intersticio de aire

9a: Cavidad, intersticio de aire

10: Pistón

10.1: Nervadura de fuego

11: Ranura de anillo de pistón

5: 12 Anillo de pistón

13: Anillo de aislamiento

14: Nervadura

14a: Nervadura

a: Distancia de las cavidades

10: dR Espesor del anillo de inserción

tv: Profundidad de la cavidad

hB: Altura de collar del casquillo cilíndrico

hR: Altura del anillo de inserción

hv: Altura de la cavidad

15: K Dirección de movimiento axial del pistón

1L: Longitud total del intersticio de aire

Claims

REIVINDICACIONES

1.- Casquillo cilíndrico (1) para un motor de combustión interna, en el que un pistón (10) es móvil entre un punto muerto inferior y un punto muerto superior en una dicción axial K, y que presenta un collar de casquillo cilíndrico (2), a través del cual se puede fijar el casquillo cilíndrico (1) en una carcasa (4) del motor de combustión interna, en el que está prevista una escotadura (7) en el lado de la culata, en la que está insertado un anillo de inserción (8) con una altura hR, y entre el anillo de inserción (8) y el casquillo cilíndrico (1) está previsto un aislamiento de intersticio de aire, caracterizado porque el anillo de casquillo cilíndrico (2) presenta una altura hB, que está entre 83 % y 95 % o 100 % de la altura hR del anillo de inserción (8).
2.- Casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque en el aislamiento de intersticio de aire está previsto al menos un intersticio de aire (9, 9a) definido con una longitud total lL, en el que la relación de la altura hR del anillo de inserción (8) con la longitud total lL está entre 1,1 y 1,9 o entre 1,3 y 1,7.
3.- Casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el intersticio de aire (9, 9a) está configurado como una cavidad insertada en la periferia exterior del anillo de inserción (8).
4.- Casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque el intersticio de aire (9, 9a) está configurado como una cavidad (9a) insertada en la periferia interior de la escotadura (7).
5.- Casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con la reivindicación 3 ó 4, caracterizado porque están previstas tres o más cavidades (9, 9a), que están colocadas superpuestas en la dirección de movimiento K y a una distancia a entre sí.
6.- Casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con la reivindicación 3. 4 ó 5, caracterizado porque con relación a la dirección de movimiento axial K, la cavidad (9, 9a) presenta una altura hv y delante y detrás de la cavidad (9, 9a) está prevista una nervadura (14, 14a), que delimita la altura hv de la cavidad (9, 9a), en el que el anillo de inserción (8) está apoyado sobre la nervadura (14, 14a) contra el collar del casquillo cilíndrico (2).
7.- Casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, en la medida en que depende de la reivindicación 5, caracterizado porque la relación entre la altura hv de la cavidad (9, 9a) y la distancia ‘a’ está entre 1 y 7 o entre 3 y 6 o es 4,5.
8.- Casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el anillo de inserción (8) presenta un espesor dR y la cavidad (9, 9a) presenta una profundidad tv, en el que la relación entre el espesor dR y la profundidad tv está entre 3 y 15 o entre 7 y 13.
9.- Casquillo cilíndrico (1) para un motor de combustión interna, en el que un pistón (10) es móvil entre un punto muerto inferior y un punto muerto superior en una dirección axial K y que presenta un collar de casquillo cilíndrico (2), sobre el que se puede fijar el casquillo cilíndrico (1) en una carcasa (4) del motor de combustión interna, en el que está prevista una escotadura (7) en el lado de la culata, en la que está insertado un anillo de inserción (8) con una altura hR, y entre el anillo de inserción (8) y el casquillo cilíndrico (1) está previsto un aislamiento adicional (13), caracterizado porque el collar del casquillo cilíndrico (2) presenta una altura hB, que está entre 83 % y 95 % o 100 % de la altura hR del anillo de inserción (8).
10.- Motor de combustión interna con un casquillo cilíndrico (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.