ES2901497T3 - Pistón para motor de combustión interna que tiene un objetivo, y motor de combustión interna que comprende dicho pistón - Google Patents

Pistón para motor de combustión interna que tiene un objetivo, y motor de combustión interna que comprende dicho pistón Download PDF

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Abstract

Pistón (1) para un motor de combustión interna, que comprende - un faldón (2) que define un espacio interno del pistón (1) y tiene una parte inferior del faldón (6); - un objetivo (10); el pistón (1) que se caracteriza porque el objetivo está dispuesto debajo de la parte inferior del faldón (6) para cooperar con un detector de paso (11) dispuesto en el motor, el objetivo (10) que es llevado por un cuerpo de sujeción (14) sostenido al menos en parte dentro del espacio interno del pistón (1), el cuerpo de sujeción (14) que comprende un brazo (15) que tiene una cavidad que permite el paso de un pie de biela.

Description

DESCRIPCIÓN
Pistón para motor de combustión interna que tiene un objetivo, y motor de combustión interna que comprende dicho pistón
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un pistón para un motor de combustión interna. Más específicamente, se refiere a un pistón que comprende un objetivo proporcionado para cooperar con un detector de paso ubicado en el bloque de cilindros de un motor. Este tipo de pistón puede usarse en el campo de los motores que tienen relaciones de compresión variables.
Antecedentes tecnológicos de la invención
Para empezar, se observa que un motor de combustión interna generalmente comprende un pistón de combustión con un faldón para guiar el pistón en el cilindro y una biela asociada en su lado de pie con el pasador de pistón y en su lado de cabeza con un cojinete de cigüeñal. Estos dos cojinetes tienen generalmente ejes paralelos. La función de la biela es transmitir el movimiento de traslación del pistón desde un "punto muerto superior" a un "punto muerto inferior" a medida que gira el cigüeñal. Los documentos DE 102015 217152 A1, US 4407 155 A y DE 102009 013323 A1 describen pistones para un motor de combustión interna que tiene un objetivo.
Generalmente se acepta que adaptar la relación de compresión de un motor a su carga permite un gran aumento en la eficiencia de combustible del motor. Por ejemplo, a veces se desea variar la relación de compresión de aproximadamente un valor de 12 en ausencia de carga a un valor de aproximadamente 8 a plena carga.
También se observa que la relación de compresión de un motor de combustión interna, a menudo denominada velocidad de compresión, corresponde a la relación entre el volumen de la cámara de combustión cuando el pistón está en su punto muerto inferior y el volumen de la cámara de combustión cuando el pistón está en su punto muerto superior.
En el estado de la técnica se conocen varias soluciones para ajustar la relación de compresión y/o la cilindrada de un motor de combustión interna.
Independientemente de la solución implementada para permitir este ajuste, a menudo es necesario tener una medición lo más directa posible de la relación de compresión, por ejemplo, en un ordenador, para controlar el motor de manera efectiva. Esta información puede usarse, por ejemplo, para determinar el momento preciso, o el desplazamiento angular preciso, en el que debe encenderse la bujía en la cámara de combustión del motor.
Por lo tanto, se conocen soluciones que usan un sensor de posición sin contacto, estando el sensor situado de forma fija en el bloque de cilindros e identificando la cercanía de un objetivo ubicado de forma fija en el pistón o biela. Puede ser un sensor de efecto Hall, en cuyo caso el objetivo comprende un elemento magnético o una masa de metal. La señal suministrada por el sensor se puede analizar y su máximo indica el momento en el que el objetivo se coloca lo más cerca posible del sensor. Puede usarse un modelo numérico o tablas preestablecidas para determinar la relación de compresión que combina, por ejemplo, la información proporcionada por el sensor con la posición angular del cigüeñal. Estas soluciones se conocen en particular por los documentos DE102015217152, US4407155, DE102009013323 o JP2012207642.
El espacio, definido por el bloque de cilindros, en el que diferentes partes móviles (cigüeñal, pistones, bielas, etc.) están en movimiento es particularmente limitado. Los elementos adicionales que se ubican en este volumen (objetivo, sensor, etc.) deben estar dispuestos y configurados con precisión para no interferir con el funcionamiento del motor, al tiempo que proporcionan a sus funciones una alta confiabilidad. En particular, se debe evitar la integración de elementos adicionales que modifiquen la geometría de los cilindros y/o de cualquier mecanizado que pueda dañar un revestimiento en el que puedan estar equipados estos cilindros.
Breve descripción de la invención
Para conseguir uno de estos objetos, el tema de la invención propone un pistón para un motor de combustión interna, de acuerdo con la reivindicación 1.
De acuerdo con la invención, el objetivo es llevado por un cuerpo de sujeción sostenido al menos en parte dentro del espacio interno del pistón.
De acuerdo con otras características ventajosas y no limitativas de la invención, tomadas solas o en cualquier combinación técnicamente factible:
• el pistón comprende un pasador de pistón y el cuerpo de sujeción está sostenido por el pasador de pistón; el brazo del cuerpo de sujeción es flexible;
el brazo flexible está en contacto forzado con una superficie interna del faldón, en dos zonas de soporte diametralmente opuestas entre sí;
el cuerpo de sujeción se engancha sobre la parte inferior del faldón;
el cuerpo de sujeción y la parte inferior del faldón están proporcionados cada uno con una ranura y/o una orejeta que cooperan para permitir el enganche de los mismos;
la parte inferior del faldón se proporciona de al menos una muesca para recibir el objetivo;
el objetivo es un cuerpo magnético o de metal.
En otro aspecto, la invención propone un motor de combustión interna que comprende un pistón de acuerdo con la invención, un bloque de cilindros que define al menos un cilindro y que tiene al menos un orificio que se abre debajo del cilindro y se inserta en el orificio, un dispositivo de medición que comprende un detector de paso, estando dispuesto el objetivo opuesto al detector de paso cuando el pistón está en los alrededores de la posición del punto muerto inferior.
De acuerdo con otras características ventajosas y no limitativas de la invención, tomadas solas o en cualquier combinación técnicamente factible:
• el orificio es perpendicular al eje del cigüeñal del motor;
• el detector de paso comprende un sensor de efecto Hall;
• el motor tiene una relación de compresión variable;
• el detector de paso está ubicado en una zona de detección fuera de una zona barrida por el faldón en el cilindro. Breve descripción de los dibujos
Otras características y ventajas de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención, con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
- La Figura 1 muestra un pistón de acuerdo con la invención para un motor de combustión interna;
- La Figura 2 muestra un motor de combustión interna que comprende el pistón 1 de la Figura 1;
- La Figura 3 muestra una primera modalidad de un cuerpo de sujeción para sujetar un objetivo en el pistón;
- Las Figuras 4a, 4b, 4c y 5 muestran varias modalidades del cuerpo de sujeción.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 muestra un pistón de combustión 1, para un motor de combustión interna, de acuerdo con la invención. La Figura 2 muestra un motor de combustión interna que comprende el pistón 1 de la Figura 1.
El pistón 1 comprende un faldón 2 que define un espacio interno del pistón 1 y que permite la guía del pistón 1 en traslación en un cilindro 3 del motor. El pistón 1 también tiene, de una manera completamente convencional, un casquete 4 y ranuras 5 para llevar segmentos. En la presente solicitud, el extremo libre del faldón 2 (su borde) opuesto al casquete 4 se denominará como la "parte inferior del faldón 6". El faldón 2 puede tener un borde o una sección circular o con forma de porción de un círculo, como se muestra en el ejemplo de la Figura 1. El faldón está equipado con dos protuberancias reforzadas 7a, 7b configuradas para retener un pasador de pistón 8 para recibir el pie de una biela 9.
Un pistón 1 de acuerdo con la invención también lleva un objetivo 10 ubicado debajo de la parte inferior del faldón 6, es decir, ubicado directamente en contacto con el borde del faldón 6. El objetivo 10 puede comprender un cuerpo de metal y/o magnético, o, en general, estar hecho de cualquier material cuyo paso en los alrededores de un detector de paso 11 ubicado en el motor pueda identificarse. Este detector 11 puede comprender un sensor de efecto Hall. Por supuesto, el objetivo 10 está ubicado debajo de la parte inferior del faldón 6 para no interferir con el movimiento del pistón 1 desde su punto muerto superior a su punto muerto inferior durante la repetición de los ciclos operativos. Por lo tanto, se puede ubicar ligeramente posterior a la parte inferior del faldón 6, parcialmente dentro del espacio interno del pistón 1.
Como se desprende de la Figura 2, el posicionamiento del objetivo 10 debajo de la parte inferior del faldón 6 es particularmente ventajoso porque permite que el detector 11 se coloque directamente debajo del cilindro de combustión 3. Más específicamente, el bloque de cilindros que define el cilindro 3 tiene un orificio, con una abertura debajo del cilindro 3, en la que se puede insertar un dispositivo de medición 12 que comprende el detector de paso 11.
Esta configuración permite que el objetivo 10 se coloque opuesto al detector de paso 11 cuando el pistón 1 está en la posición del punto muerto inferior o en una posición cercana al mismo. Esto evita que el orificio se abra directamente en el cilindro 3, como habría sido necesario si el objetivo 10 hubiera sido llevado por el propio pistón 1.
Específicamente, tal mecanizado puede dañar la superficie interna del cilindro 3 y afectar el rendimiento del motor, especialmente cuando el cilindro 3 comprende un revestimiento que está integrado o insertado en el momento de la fundición. En otras palabras, la zona de detección en la que el detector de paso 11 se ubica está fuera de la zona barrida por el faldón en el revestimiento del cilindro 3.
Además, esta configuración hace posible obtener una medición muy directa y por tanto precisa de la posición del pistón 1, sin interferir con el funcionamiento del motor, que habría sido más difícil de obtener al tener el objetivo 10 llevado por la biela 9.
Ventajosamente, para facilitar su mecanizado, el orificio formado en el bloque de cilindros puede ser perpendicular al eje principal del cigüeñal 13.
El posicionamiento del objetivo 10 debajo de la parte inferior del faldón 6 combinado con el posicionamiento del detector 11 debajo del cilindro 3 parece muy ventajoso. Sin embargo, esta configuración requiere que el objetivo 10 se fije rígidamente al pistón 1 sin afectar su funcionamiento o geometría. Esto puede ser difícil de conseguir cuando el objetivo 10 se ensambla en el pistón 1 directamente atornillando, pegando o insertando después de la fundición. La presente invención proporciona así, astutamente, que el objetivo 10 se lleve por un cuerpo de sujeción 14 sostenido al menos en parte dentro del espacio interno del pistón 1.
La Figura 3 muestra una primera modalidad del cuerpo de sujeción 14. En esta implementación, el cuerpo de sujeción 14 comprende un brazo flexible 15, en un extremo del cual se fija el objetivo 10 o un soporte para un objetivo 10 de este tipo. Se puede colocar una pieza de extremo 11 en el otro extremo del brazo flexible 15 para dar al cuerpo de sujeción 14 un aspecto simétrico y facilitar su ensamble en el pistón 1.
Como se muestra en la Figura 1, el cuerpo de sujeción 14 se ensambla al pistón 1 en esta modalidad teniendo el brazo flexible 15 soportado por el pasador de pistón 8 y formando dos zonas de soporte en la parte inferior del faldón 6, diametralmente opuestas entre sí. El brazo flexible 15 puede equiparse con una cavidad central que permite el paso del pie de la biela 8. Los extremos del brazo flexible 15 están en contacto forzado con la superficie interna del faldón 2, en las zonas de soporte, para colocar el objetivo 10 debajo de la parte inferior del faldón 6. Para permitir el ajuste de la posición del objetivo 10 y bloquear cualquier movimiento del cuerpo de sujeción 14, la parte inferior del faldón 6 puede estar equipada con al menos una muesca 16 en la que el objetivo 10 y/o la pieza de extremo 11 se puedan localizar.
Las Figuras 4a, 4b y 4c muestran otras modalidades del cuerpo de sujeción 14. En la Figura 4a, el brazo flexible 15 está equipado con una arandela central 15a que permite que las fuerzas de sujeción sean absorbidas por el pasador del pistón.
En las Figuras 4b y 4c, el cuerpo de sujeción 14 tiene una forma asimétrica, con y sin una arandela central 15a, respectivamente. En estas implementaciones, el cuerpo de sujeción 14 está en contacto con una única zona de soporte de la superficie interna de la parte inferior del faldón 6.
La Figura 5 muestra una modalidad de la invención particularmente ventajosa. En esta modalidad, el brazo flexible 15 y el faldón 6 se enganchan entre sí, al menos en una zona de soporte. Para ello, al menos un extremo del brazo flexible 15 y la superficie interna del faldón, en la parte inferior del faldón 6, están proporcionados cada uno con una ranura 16b y/o una orejeta 16a cuyas formas cooperan para permitir este enganche. Por lo tanto, el cuerpo de sujeción 14 no requiere la presencia del pasador de pistón para sostenerse en su lugar, y esto ayuda a facilitar su ensamble.
En esta modalidad, como en todos los modos de control descritos hasta ahora, se pueden proporcionar muescas 16 en la parte inferior del faldón 6 para bloquear cualquier movimiento del cuerpo de sujeción 14. El brazo flexible 15 puede comprender una cavidad para dejar libre un paso para el pie de la biela. En esta última implementación, dado que la sujeción se proporciona por el mecanismo de enganche, no es necesario que el brazo 15 sea flexible para proporcionar el contacto forzado del cuerpo de sujeción 14 contra la superficie interna del pistón.
Por supuesto, la invención no se limita a las modalidades descritas, y pueden hacerse variaciones sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Pistón (1) para un motor de combustión interna, que comprende
- un faldón (2) que define un espacio interno del pistón (1) y tiene una parte inferior del faldón (6);
- un objetivo (10);
el pistón (1) que se caracteriza porque el objetivo está dispuesto debajo de la parte inferior del faldón (6) para cooperar con un detector de paso (11) dispuesto en el motor, el objetivo (10) que es llevado por un cuerpo de sujeción (14) sostenido al menos en parte dentro del espacio interno del pistón (1), el cuerpo de sujeción (14) que comprende un brazo (15) que tiene una cavidad que permite el paso de un pie de biela.
2. Pistón (1) de acuerdo con la reivindicación anterior, que comprende un pasador de pistón (8), en donde el cuerpo de sujeción (14) está sostenido por el pasador de pistón (8).
3. Pistón (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el brazo (15) del cuerpo de sujeción (14) es flexible.
4. Pistón (1) de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el brazo flexible (15) está en contacto forzado con una superficie interna del faldón (2), en dos zonas de soporte diametralmente opuestas entre sí.
5. Pistón (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el cuerpo de sujeción (14) se engancha sobre la parte inferior del faldón (6).
6. Pistón (1) de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el cuerpo de sujeción (14) y la parte inferior del faldón (6) están proporcionados cada uno con una ranura (16b) y/o una orejeta (16a) que cooperan para permitir el enganche de los mismos.
7. Pistón (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la parte inferior del faldón (6) se proporciona con al menos una muesca (16) para recibir el objetivo (10).
8. Pistón (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el objetivo (10) es un cuerpo magnético o de metal.
9. Motor de combustión interna que comprende un pistón (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores; un bloque de cilindros que define al menos un cilindro (3) y que tiene al menos un orificio que se abre debajo del cilindro (3) e insertado en el orificio, un dispositivo de medición (12) que comprende un detector de paso (11), el objetivo (10) que se dispone opuesto al detector de paso (11) cuando el pistón (1) está en los alrededores de la posición del punto muerto inferior.
10. Motor de combustión interna de acuerdo con la reivindicación anterior, en donde el orificio es perpendicular a un eje del cigüeñal del motor.
11. Motor de combustión interna de acuerdo con cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, en donde el detector de paso (11) comprende un sensor de efecto Hall.
12. Motor de combustión interna de acuerdo con cualquiera de las tres reivindicaciones anteriores, el motor que tiene una relación de compresión variable.
13. Motor de combustión interna de acuerdo con cualquiera de las cuatro reivindicaciones anteriores, en donde el detector de paso (11) está ubicado en una zona de detección fuera de una zona barrida por el faldón (2) en el cilindro (3).
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