RO119324B1 - Segment de piston - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un segment de piston pentru motoare cu ardere internă, care prezintă, cel puţin pe suprafaţa de flanc supusă presiunii gazelor de ardere, o adâncitură în zona mediană, extinsă periferic, adâncă de 0,5...5 mium, de preferinţă de 2...3 mium. ŕ

Description

Invenția se referă la un segment de piston pentru motoare cu ardere internă.

Segmentele de piston pentru motoarele cu ardere internă au de îndeplinit, în esență, trei sarcini. Ele etanșează camera de ardere în raport cu carterul, limitează consumul de ulei și conduc căldura preluată de la corpul pistonului către peretele cilindrului și, prin intermediul acestuia, către mijloacele de răcire. Etanșarea camerei de ardere îi poate reveni segmentului de piston, doar atunci când se menține între suprafața de rulare a cilindrului și suprafața de rulare a segmentului, în cursul unui contact liniar închis până la pozițiile de joc ale îmbinărilor și, în același timp, alipește etanș la gaz una dintre cele doua suprafețe de flanc ale segmentului de piston, pe flancul corespunzător al canalului pistonului. Aceasta se petrece deoarece segmentul de piston este presat mai puternic către peretele cilindrului, datorită acțiunii forței gazului ce ia naștere prin formarea unei presiuni între suprafața mantalei interioare a segmentului și fundul canalului. Segmentele de piston sunt dispuse cu un joc foarte mic în canalul pistonului. Ele pot însă efectua acolo deplasări axiale, deplasări radiale, mișcări de rotație și pot căpăta o poziție oblică. Aceste mișcări sunt provocate de forțele masice importante ale deplasării pistonului și de presiunea dezvoltată prin ardere. în acest mod, se pot produce diferite tipuri de uzură a flancurilor segmentului.

Pentru a contracara aceste efecte de uzură, în cadrul motoarelor moderne de înaltă performanță se folosesc diferite materiale de segment, cu diferite tratamente ale suprafeței și cu procedee de călire. în vederea minimalizării economice a uzurii suprafețelor flancurilor, s-au impus, cu precădere, segmenții de piston nitrurați. Materia primă de bază poate fi un oțel cu conținut înalt de crom sau chiar fontă.

Dezavantajul pe care îl prezintă acești segmenți de piston este acela că, la utilizarea cu pistoane din aluminiu, tind să ducă la o placare cu aluminiu. Placările apar, mai ales, la suprafețele flancurilor inferioare ale segmenților de piston, adică la suprafețele flancurilor supuse presiunii gazelor de ardere. în plus, temperatura și deficitul de lubrifiant au un efect considerabil, îndeosebi asupra segmentului de compresie superior.

Pentru reducerea frecării de aderență a unui segment de piston într-un canal de piston, este cunoscută, din documentul DE-PS 35 38 978 CI, soluția realizării unei decompresiune asupra flancului inferior al segmentului de piston, presiunea gazului fiind condusă prin orificii dinspre partea superioară a segmentului de piston și prin orificii sau canale într-o canelură din suprafața laterală inferioară a segmentului de piston.

Dimpotrivă, documentele US-PS 4.438.937 și FR-PS 2 699 600 A1 descriu măsuri de reducere a inerției și de degrevare a sarcinii de masă, prin degajări de material în suprafețele laterale ale segmentului de piston. Pe lângă costurile implicate de munca suplimentară corespunzătoare, mai ales în cazul motoarelor Diesel mari, în care se utilizează pistoane din aluminiu, pericolul placării cu aluminiu nu este îndepărtat.

Segmentele din fontă au pe suprafețele flancurilor niște lamele de grafit deschise. Prin aceasta se obține un efect de lubrifiere, astfel încât problema placării sau a microsudării segmenților de piston este mai rar întîlnită.

Pentru împiedicarea placării cu aluminiu a segmenților de piston utilizați la motoarele Otto, este cunoscută prevederea suprafețelor de piston din oțel nitrurat. Stratul extern, cunoscut ca strat de legătură, este îndepărtat și unul dintre straturile de oxid este aplicat direct pe stratul de difuzie. Aceasta necesită însă un procedeu de prelucrare, suplimentar, la care trebuie avut în vedere faptul că stratul de legătura care se îndepărtează este foarte dur, datorită nitritulul ui de fier format.

în cazul motoarelor Diesel, iau naștere presiuni datorate arderii mai mari decît în cazul motoarelor Otto, astfel încât crește, în consecință, și uzura suprafețelor flancurilor Din acest motiv, în special, la pistoanele din aluminiu, utilizate la motoarele Diesel, pentru reducerea uzurii canalului, se prevede un suport de segment alcătuit, în mod uzual, din fontă________ austenitică. Astfel poate fi rezolvată și problema placării cu aluminiu, dar această posibilitate este legată de o creștere a costurilor.

RO 119324 Β1

S-a mai încercat rezolvarea problemei placării cu aluminiu și cu ajutorul prevederii unei anumite rugozități a suprafeței. Influența acesteia nu a fost însă, până în prezent, constatată ca fiabilă. Segmenții au fost realizați parțial cu niște paliere pe suprafețele flancurilor, pentru formarea unui rezervor pentru lubrifiant. Nu trebuie exclus însă faptul că, datorită apa- 55 riției unei așa numite uzuri cauzate de asperități, canalul pistonului este modificat, în mod nepermis, printr-un efect de șlefuire.

Invenția urmărește realizarea unui segment de piston, care să împiedice placarea cu aluminiu, cunoscută și ca formare de microsuduri pe suprafețele flancurilor segmentului de piston, fără implicarea unor procedee costisitoare. Invenția rezolvă problema tehnică, 60 menționată, prin intermediul unui segment de piston la care cel puțin suprafața de flanc supusă presiunii de ardere este prevăzută cu o adâncitură extinsă pe periferie. în consecință, suprafața flancului prezintă în secțiune transversală o formă concavă, prin intermediul căreia poate fi preluat lubrefiantul și este împiedicată placarea cu aluminiu. Se presupune că în această adincitură circumferențială se poate forma un rezervor pentru lubrifiant, astfel încât 65 segmentul de piston este amortizat față de șocuri, iar frecarea cu canalul de piston al pistonului din aluminiu nu este complet întreruptă. Probele de motor efectuate au evidențiat foarte reduse placări cu aluminiu care, de altfel, s-au desprins singure. S-a putut, parțial, demonstra că, în general, nu s-a format nici o placare cu aluminiu. Adâncitura poate fi prevăzută în măsura în care este necesar, pe ambele suprafețe de flanc. Cele mai avantajoase rezul- 70 tate s-au evidențiat pentru adâncituri între 2 și 3 pm, dispuse aproximativ la mijlocul suprafeței de flanc a segmentului de piston.

Alte caracteristici avantajoase ale obiectului invenției sunt prezentate în revendicările dependente.

în desenele explicative, sunt prezentate, schematic, forme ale secțiunii transversale 75 prin segmenții de piston, alcătuiți conform invenției. Toate exemplele de realizare sunt prevăzute cu adâncituri pe ambele suprafețe de flanc. Adâncimile lor se situează, de preferință, între 2 și 3 pm. Lățimile sunt totuși diferite și cresc de la b, în fig.1, la b₂ în fig. 2 și până la b₃ în fig. 3.

Alcătuirea unui segment de piston, conform invenției, oferă avantaje mari, îndeosebi, 80 la utilizarea într-un piston realizat din aluminiu, dar aplicarea invenției nu este totuși limitată la pistoanele din aluminiu.

Claims (4)

1. Revendicări

   1. Segment de piston, nitrurat, pentru un piston al unui motor cu ardere internă, caracterizat prin aceea că cel puțin suprafața de flanc, supusă presiunii de ardere, este prevăzută cu o adâncitură foarte plată, adâncă de câțiva microni, extinsă periferic, care se află în zona mediană a suprafeței de flanc.
2. 2. Segment de piston, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că adâncitura 90 are între 0,5 și 5 pm, de preferință, între 2 și 3 pm
3. 3. Segment de piston, conform revendicării 1 sau 2, caracterizat prin aceea că adâncitura se extinde pe întreaga periferie a suprafeței de flanc.
4. 4. Segment de piston, conform revendicării 1 sau 2, caracterizat prin aceea că adâncitura este subdivizată în segmente. 95