BRPI0414055B1 - Disposição de ranhura anular de anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna - Google Patents
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Abstract
"disposição de ranhura anular de anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna". a invenção refere-se a uma disposição de ranhura anular de anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna com uma lamela (1) provida de flancos paralelos, cuja superfície de rolamento (h) apresenta uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vórtice (3) se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a lamela está disposta em uma ranhura anular (7) do êmbolo com um flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado de fundo do êmbolo e um (5) voltado para o lado do fundo do êmbolo. de acordo com a invenção, frente ao estado atual da técnica conhecido deve ser obtido um efeito de separação de óleo aperfeiçoado com reduzido atrito e um reduzido desgaste da superfície de rolamento, o que é alcançado pelo fato de que ao menos um dos flancos de ranhura anular (5, 6) se estende inclinado a um ângulo (<244>, <225>) para com o eixo do êmbolo (10) radialmente para fora até ao diâmetro externo do êmbolo, sendo que a superfície de rolamento (h) da lamela (1) está de tal maneira configurada que corresponde a um contorno externo de desgaste iminente no estado de ativação do motor, e sendo que, no estado montado do anel de segmento (1) no êmbolo a linha de vértice (3) da superfície de rolamento (h) está disposta no sentido do flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado de fundo do êmbolo.
Description
(54) Título: DISPOSIÇÃO DE RANHURA ANULAR DE ANEL DE SEGMENTO PARA ÊMBOLOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA (51) Int.CI.: F16J 9/20 (30) Prioridade Unionista: 02/09/2003 DE 103 40 313.2 (73) Titular(es): MAHLE GMBH (72) Inventor(es): ROLF-GERHARD FIEDLER
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para DISPOSIÇÃO DE RANHURA ANULAR DE ANEL DE SEGMENTO PARA ÊMBOLOS DE MOTORES DE COMBUSTÃO INTERNA.
A invenção refere-se a uma disposição de ranhura anular de anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna com uma lamela provida de flancos paralelos, cuja superfície de rolamento apresenta uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a lamela está disposta em uma ranhura anular do êmbolo com um flanco de ranhura anular oposto ao lado de fundo do êmbolo e um voltado para o lado do fundo do êmbolo.
Para impedir que demasiado óleo de motor chegue ao compartimento de combustão, o que tem por consequência, além de um elevado consumo de óleo, também efeitos negativos sobre o comportamento de emissão do motor, é necessária uma suficiente força tangencial dos anéis de segmento para produção de uma compressão radial à parede de cilindro e, com isso, para um bom efeito de separação de óleo. Mas isso produz uma elevada pressão superficial nas áreas de rolamento das lamelas e, com isso, também uma elevada capacidade de atrito na operação do motor. Essa capacidade de atrito piora o grau de eficácia do motor de combustão interna e, por conseguinte, eleva o consumo de combustível. A projeção da força tangencial dos anéis de segmento é portanto sempre um compromisso entre mínima capacidade de atrito e máximo efeito de separação de óleo. Todas as medidas para redução da capacidade de atrito na operação do motor sem redução da força tangencial facilitam assim a projeção dos anéis de segmento ou aperfeiçoam o grau de eficácia do motor.
Correspondentemente, para anéis de segmento segundo o gênero se tentou moldar as superfícies de rolamento de tal maneira que as mesmas estivessem à altura das exigências anteriormente mencionadas.
Superfícies de rolamento assimétricas de anéis de segmento ou anéis de êmbolo são conhecidos das patentes DE 38 33 322 A1, DE 43 00 531 C1 ou DE 44 29 649 C2. Igualmente da patente DE 33 05 385 C1 é conhecido um anel de êmbolo, que está disposto em uma ranhura anular de um êm2 bolo, cujas paredes laterais de ranhura anular se estendem de preferência paralelas, mas inclinadas para com o eixo do êmbolo, para garantir uma melhor vedação. Paredes laterais de ranhura anular se estendendo inclinadas, alinhadas paralelas entre si, são também conhecidas do pedido de modelo de utilidade japonês 57-73340. Mas essas formas de execução anteriormente mencionadas referem-se a anéis de compressão, cuja exigência de pressão superficial é muito baixa; anéis de segmento requerem pelo contrário altas pressões superficiais.
Constitui objetivo da invenção indicar uma disposição de ranhura anular de anel de segmento, com a qual seja obtido, frente ao estado atual da técnica conhecido, um efeito de separação de óleo aperfeiçoado com atrito reduzido e um reduzido desgaste da superfície de rolamento.
O objetivo é alcançado por uma disposição de ranhura anular de anel de segmento, em que ao menos um dos flancos de ranhura anular se estende inclinado a um ângulo para com o eixo do êmbolo radialmente para fora até o diâmetro externo do êmbolo, sendo que de preferência o flanco de ranhura anular oposto ao lado de fundo do êmbolo está disposto inclinado para longe do fundo do êmbolo. A superfície de rolamento da lamela é de tal maneira configurada que corresponde a um contorno extremo de desgaste iminente no estado de ativação do motor, sendo que no estado montado do anel de segmento no êmbolo a linha de vértice da superfície de rolamento está disposta no sentido do flanco de ranhura anular oposto ao lado do fundo do êmbolo.
A superfície de rolamento da lamela se caracteriza por uma inclinação assimétrica com um abaulamento fortemente reduzido frente ao estado atual da técnica, sendo que o contorno da superfície de rolamento pode ser descrito aproximadamente por um polinômio de 2- ordem.
Em uma outra configuração da invenção, ambos os flancos de ranhura anular estão de tal maneira dispostos inclinados a um ângulo para com o eixo do êmbolo radialmente para fora até o diâmetro externo do êmbolo, que o flanco de ranhura anular oposto ao lado do fundo do êmbolo se estende inclinado para longe do fundo do êmbolo e o flanco de ranhura anular voltado para o lado do fundo do êmbolo se estende inclinado para o fun3 do do êmbolo.
Graças à configuração de superfície de rolamento e à disposição da lamela na ranhura anular configurada de acordo com a invenção, em função do movimento de curso do êmbolo, por condições hidrodinâmicas mais propícias se obtém uma redução da capacidade de atrito de todo o anel de segmento sem uma redução da força tangencial, sendo que a função de separação de óleo permanece então plenamente mantida com a alternância do movimento de curso do êmbolo. A redução da capacidade de atrito produz uma melhoria do grau de eficácia do motor ou, graças a um aumento da força tangencial, com nível de capacidade de atrito inalterado, pode ser aperfeiçoado o comportamento de separação de óleo.
Frente a disposições de ranhura anular de anel de segmento convencionais, pode assim ser dispensada a mola de expansão, de modo que o trabalho e os custos de fabricação possam ser reduzidos. Além disso, é possível uma redução da altura axial de todo o pacote de anel em comparação com pacotes de anel segundo o estado atual da técnica.
Configurações convenientes da invenção são objeto das subreivindicações.
Um exemplo de execução da invenção será a seguir descrito com auxílio dos desenhos. Mostram:
figura 1 - uma seção transversal da disposição de ranhura anular do anel de segmento de acordo com a invenção em um movimento de curso do êmbolo dirigido para longe do compartimento de combustão;
figura 2 - uma seção transversal da disposição anular do anel de segmento em um movimento de curso do êmbolo contraposto segundo a figura 1;
figura 3 - uma seção transversal de uma disposição de ranhura anular de anel de segmento com dois anéis de segmento;
figura 4 - uma vista em perspectiva do anel de segmento de acordo com a invenção;
figura 5 - uma seção transversal de uma segunda execução de uma disposição de ranhura anular de anel de segmento;
figura 6 - uma seção transversal de uma terceira execução de uma disposição de ranhura anular de anel de segmento.
Como se vê nas figuras 1 e 2, uma disposição anular de anel de segmento consiste em uma lamela 1 com flancos paralelos e uma superfície de rolamento h. A lamela 1 está disposta em uma ranhura anular 7 de um êmbolo 9 e alinhada com sua superfície de rolamento h para com a parede de cilindro 8 do motor. Um flanco de ranhura anular 5 representa o lado da ranhura anular 7 do lado do êmbolo e um flanco de ranhura anular 6 representa o lado oposto ao fundo do êmbolo. De acordo com a invenção, o flanco de ranhura anular 5 do lado do fundo do êmbolo está disposto alinhado em ângulo de 90 0 para com o eixo de êmbolo 10, sendo que o flanco de ranhura anular 6 oposto ao fundo do êmbolo se estende a um ângulo β de 85 0 a 87 0 até a periferia externa do êmbolo.
Segundo a disposição de ranhura anular do anel de segmento, a lamela 1 apresenta uma superfície de rolamento h moldada abauladamente assimétrica com uma linha de vértice 3 se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a linha de vértice 3 atua para a separação de óleo como aresta em contato com a parede de cilindro 8. Segundo a figura 1, em seu estado montado no êmbolo, a lamela está disposta de tal maneira que sua linha de vértice 3 (aresta) esteja alinhada relativamente ao flanco de ranhura de mola 6 oposto ao lado do fundo do êmbolo. Como representado na figura 4, para aumento da protensão a junta de anel 11 pode ser fechada, sendo que o anel de segmento apresenta correspondentemente fendas 2 executadas radialmente.
De acordo com a invenção, a superfície de rolamento h da lamela tem uma forma, que corresponde a uma operação de admissão de várias centenas de horas na operação do motor. Esta é caracterizada pelo fato de que a superfície de rolamento h em seção transversal em um primeiro segmento (I) aproximadamente segue a forma assimétrica de um polinômio de 2- ordem com h(x)= ax + bx2, sendo que x = coordenadas de superfície de rolamento no sistema de coordenadas cartesiano em mm, e a, b coeficientes, com a definido pela relação da folga axial de flanco da lamela para com a largura da lamela; b definido como valor da curvatura de superfície de rolamento; um vértice (II) h(x=0) de sustentação, executado como aresta, e em um terceiro segmento (III) aproximadamente segue a forma assimétrica da função h(x) = cx2 , com c como um múltiplo de b. Como exemplo para uma lamela com uma espessura de 0,4 mm resulta um valor h(x) = 35 x + 50 x2. Assim podem ser obtidas as curvas de seção transversal representadas em correspondência às figuras 1 e 2 com x como coordenada de superfície de rolamento em mm e h(x) como abaulamento em pm. É evidente que os coeficientes desse polinômio devem ser ajustados à aplicação específica, sendo que parâmetros essenciais são então o diâmetro de cilindro, as dimensões da seção transversal de lamela e as relações de folga axial do anel de segmento montado na ranhura anular. O abaulamento típico da superfície de rolamento h segundo a invenção importa de acordo com a invenção em cerca de 2 a 10 μιτι/0,4 mm com relação às execuções segundo o estado atual da técnica de 3 a 15 pm/0,15 mm.
Segundo um outro exemplo de execução de acordo com a figura 3, ao lado de uma primeira lamela 1 está disposta uma segunda lamela 1’ ambas empilhadas soltas uma sobre a outra com seus flancos - na ranhura anular 7 com uma altura de base de ranhura anular H correspondentemente adaptada às alturas das lamelas, de modo que resulta um ângulo β de preferência de 85 0 a 87 0 entre o eixo de êmbolo e o flanco de ranhura anular 6 oposto ao lado do fundo do êmbolo. Nesse exemplo de execução, ambas as linhas de vértice 3, 3’ (arestas) estão dispostas apontando para longe do flanco de ranhura anular 5 do lado do fundo do êmbolo.
Segundo um outro exemplo de execução de acordo com a figura 5, o flanco de ranhura anular 5 do lado do fundo do êmbolo da ranhura 7 é executado inclinado a um ângulo α para com o fundo do êmbolo ou, como representado na figura 6, ambos os flancos de ranhura anular 5 e 6 estão dispostos de tal maneira inclinados sob os ângulos α e β para com o eixo de êmbolo 10 radialmente para fora até o diâmetro externo do êmbolo que o flanco de ranhura anular 6 oposto ao lado do fundo do êmbolo se estende inclinado para longe do fundo do êmbolo e o flanco de ranhura anular 5 vol6 tado para o lado do fundo do êmbolo se estende inclinado para o fundo do êmbolo. O ângulo α importa então de preferência em 93° a 98°, sendo que o ângulo β, como mostrado no primeiro exemplo de execução, importa de preferência em 85° a 87°.
Funcionalmente, o efeito de separação de óleo aperfeiçoado de acordo com a invenção pode ser dado pelo fato de que a força de atrito incidindo na superfície de rolamento h da lamela em direção axial do cilindro produz um torque, que abaula a lamela em forma de prato. Isso é possível porque a configuração da ranhura anular 7 em forma de V impede um movimento da lamela em direção axial sobretudo no assento interior, ao passo que no assento exterior são possíveis amplitudes de movimento axiais nitidamente maiores. A força de atrito e, portanto, ò torque muda o sinal prévio em função da direção de curso do êmbolo. Como a altura da força de atrito é ainda dependente da velocidade, isso tem por consequência contínuas alterações do abaulamento em forma de prato, caracterizadas como torção dinâmica. Pela torção dinâmica, a lamela, que, quando do movimento de curso para longe do compartimento de combustão - o curso para baixo - encosta no flanco de ranhura de superfície voltado para o lado do fundo do êmbolo, em combinação com a inclinação assimétrica da superfície de rolamento, apresenta um bom efeito de separação de óleo - aresta sustenta -, como representado na figura 1, enquanto que a respectivamente outra posição da lamela, devido ao abaulamento definido da superfície de rolamento, apresenta uma melhor hidrodinâmica quando do curso para cima - superfície (segmento I) - sustenta, como representado na figura 2. Reduz-se assim a capacidade de atrito na lamela, que no estado torcido apresenta um efeito de separação de óleo pior. Uma alteração da direção do curso produz uma dobragem da lamela para respectivamente a outra posição.
A orientação em posição correta da lamela quando da montagem do anel de segmento deve ser observada, a qual pode ser garantida, por exemplo, por uma marcação colorida no flanco da lamela.
A produção da forma ou contorno da superfície de rolamento pode, por exemplo, se dar por polimento a fino.
LISTAGEM DE REFERÊNCIAS
1,1’ lamela, anel de segmento fendas
3, 3’ linha de vértice (aresta) flanco de ranhura anular voltado para o lado do fundo do êmbolo flanco de ranhura anular oposto ao lado do fundo do êmbolo ranhura anular parede de cilindro êmbolo eixo de êmbolo junta, largura de boca h, h’ superfícies de rolamento
H altura de base de ranhura da ranhura anular
Claims (2)
1. Disposição de ranhura anular de anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna com uma lamela (1) provida de flancos paralelos, cuja superfície de rolamento (h) apresenta uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice (3) se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a lamela está disposta em uma ranhura anular (7) do êmbolo com um flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado de fundo do êmbolo e um flanco de ranhura anular (5) voltado para o lado do fundo do êmbolo, caracterizada pelo fato de que ao menos um dos flancos de ranhura anular (5, 6) se estende inclinado a um ângulo (α, β) para com o eixo do êmbolo (10) radialmente para fora até o diâmetro externo do êmbolo, sendo que a superfície de rolamento (h) da lamela (1) está de tal maneira configurada que corresponde a um contorno externo de desgaste iminente no estado de ativação do motor, e sendo que, no estado montado do anel de segmento (1) no êmbolo a linha de vértice (3) da superfície de rolamento (h) está disposta no sentido do flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado de fundo do êmbolo.
2. Disposição de ranhura anular de anel de segmento de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a superfície de rolamento (h) da lamela (1) em seção transversal
- em um primeiro segmento (I) segue a forma assimétrica de um polinômio de 2- ordem com h(x)= ax + bx2 , sendo que x = coordenadas de superfície de rolamento no sistema de coordenadas cartesiano em mm, e a, b coeficientes, com a definido pela relação da folga axial de flancos das lamelas para com a largura das lamelas; b definido como valor da curvatura de superfície de rolamento;
- um vértice (II) h(x=0) de sustentação executado como aresta, e
- em um terceiro segmento (III) segue a forma assimétrica da função h(x) = cx2 , com c como um múltiplo de b.
3. Disposição de ranhura anular de anel de segmento de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que o flanco de ranhura de mola (6) oposto ao lado do fundo do êmbolo se estende inclinado a um ângulo (β) para longe do fundo do êmbolo.
4. Disposição de ranhura anular de anel de segmento de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que o flanco de ranhura anular (5) voltado para o lado do fundo do êmbolo se estende inclinado a um ângulo (a) para o fundo do êmbolo.
5. Disposição de ranhura anular de anel de segmento de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que na ranhura anular (7) com uma altura de base de ranhura (H) estão dispostas soltas uma acima da outra duas lamelas (1,1’), sendo que a altura de base de ranhura é de tal maneira executada que o ângulo (β) assume um valor segundo a disposição de acordo com a reivindicação 1.
6. Disposição de ranhura anular de anel de segmento de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que ambas as linhas de vértice (3, 3’) estão ordenadas apontando para o flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado do fundo do êmbolo.
7. Disposição de ranhura anular de anel de segmento de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que o ângulo α abrange um valor de 93 a 98 graus angulares e o ângulo β um valor de 85 a 87 graus angulares.
8. Disposição de ranhura anular de anel de segmento para êmbolos de motores de combustão interna com uma lamela (1) provida de flancos paralelos, cuja superfície de rolamento (h) apresenta uma forma abauladamente assimétrica com uma linha de vértice (3) se estendendo pela periferia da lamela, sendo que a lamela está disposta em uma ranhura anular (7) do êmbolo com um flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado de fundo do êmbolo e um flanco de ranhura anular (5) voltado para o lado do fundo do êmbolo, caracterizada pelo fato de que os flancos de ranhura anular (5, 6) estão de tal maneira dispostos inclinados a um ângulo α e β para com o eixo do êmbolo (10) radialmente para fora até o diâmetro externo do êmbolo, que o flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado do fundo do êmbolo se estende inclinado para longe do fundo do êmbolo e o flanco de ranhura anular (5) voltado para o lado do fundo do êmbolo se estende inclinado para o fundo do êmbolo, sendo que a superfície de rolamento (h) da lamela (1) corresponde a um contorno extremo de desgaste iminente no estado de ativação do motor; e sendo que no estado montado do anel de segmento (1) no êmbolo a linha de vértice (3) da superfície de rolamento (h) está disposta no
5 sentido do flanco de ranhura anular (6) oposto ao lado do fundo do êmbolo.
9. Disposição de ranhura anular de anel de segmento de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que a superfície de rolamento (h) da lamela (1) em seção transversal
- em um primeiro segmento (I) segue a forma assimétrica de um 10 polinômio de 2- ordem com h(x)= ax + bx2 , sendo que x = coordenadas de superfície de rolamento no sistema de coordenadas cartesiano em mm, e a, b coeficientes, com a definido pela relação da folga axial de flancos das lamelas para com a largura das lamelas; b definido como valor da curvatura de superfície de rolamento;
15 - um vértice (II) h(x=0) de sustentação executado como aresta, e em um terceiro segmento (III) segue a forma assimétrica da função h(x) = cx2 , com c como um múltiplo de b.
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