BRPI0518959B1

BRPI0518959B1 - Pistão para um motor de combustão e processo para revestimento de suas perfurações de cubo

Info

Publication number: BRPI0518959B1
Application number: BRPI0518959-4A
Authority: BR
Inventors: Maier Kurt; Rose Reinhard; Nagel Gunar
Original assignee: Mahle International Gmbh
Priority date: 2004-12-10
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2018-04-24
Also published as: DE102005055365A1; CN101087942B; EP1877659A1; US7765696B2; DE502005007439D1; BRPI0518959A2; US20080223211A1; JP2008523292A; CN101087942A; WO2006061013A1; KR20070099598A; EP1877659B1

Abstract

pistão para um motor de combustão e processo para revestimento de suas perfurações de cubo. em um pistão (1) para um motor de combustão com perfurações de cubo (3) apresentando superfícies de mancal deslizante (5) para um encaixe de um pino de pistão, deverá ser evitado com alto grau de eficácia e a custo vantajoso, um grimpamento e o desgaste do pino do pistão e das perfurações de cubo pelo fato de que através de pulverização rotacional é aplicado um revestimento (6) autolubrificante de uma resina termicamente endurecida com partículas sólidas de material lubrificante ali embutidas, ao menos em uma região parcial (tb) diretamente nas superfícies do mancal deslizante.

Description

(54) Título: PISTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO E PROCESSO PARA REVESTIMENTO DE SUAS PERFURAÇÕES DE CUBO (51) Int.CI.: F02F 3/10; F16J 1/02 (30) Prioridade Unionista: 10/12/2004 DE 10 2004 059 492.9, 17/11/2005 DE 10 2005 055 365.6 (73) Titular(es): MAHLE INTERNATIONAL GMBH (72) Inventor(es): KURT MAIER; REINHARD ROSE; GUNAR NAGEL to

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PISTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO E PROCESSO PARA REVESTIMENTO DE SUAS PERFURAÇÕES DE CUBO.

A presente invenção refere-se a um pistão para um motor de combustão com perfurações de cubo, para encaixe de um pino de pistão.

Pistões com revestimentos diretos das superfícies do mancal deslizante de suas perfurações de cubo são conhecidos no estado da técnica, por exemplo, a partir dos documentos DE 41 11 368 C2 e DE 33 01 336 A1. É revelado que para superfícies de mancal deslizantes das perfurações de cubo em uma versão isentas de buchas é aplicada uma camada de metal especialmente de níquel em processo galvânico, ao menos parcialmente sobre as superfícies deslizantes, em forma de aplicação direta, e que devem prover suficiente lubrificação dos pontos de montagem. Além disso, é conhecido em uma seção superior do pistão de aço ou de ferro que as superfícies de mancal deslizantes em uma aspereza de superfície de Ra (valor de aspereza médio) são de 0,5 a 2,0 pm são fosfatadas, sendo que as perfurações de cubo são realizadas como perfurações perfiladas. Em ambas as formas de realização o pino do pistão não é revestido.

Para a observância da precisão de medidas para montagem do pino no pistão continua sendo necessário, conforme antes, uma usinagem posterior mecânica, por exemplo, por meio de afiação ou desbaste fino da camada de metal que não permite uma redução nítida do esforço de produção para tais revestimentos e cubo do pistão. Na prática ficou também demonstrado que as camadas metálicas não podem prover uma suficiente segurança contra grimpamento e lubrificação em conseqüência do desgaste nos mancais, de maneira que a durabilidade dos pinos-cubos-mancais nessas versões é limitada.

A pós-usinagem do revestimento requer, além disso, o grande esforço para a observância para a fim de assegurar na montagem também na mais estreita folga entre pistão e pino de pistão, permitindo formação de ruído em nível mínimo. Para aprimorar a propriedade de fricção, ou seja, deslizante de um componente, a partir do documento DE 39 39 704 A1 pas/Ί sou a ser conhecido um material para camadas que após a injeção deve produzir uma distribuição irregular, a semelhança de manchas, de espessura variável, na superfície do componente. As regiões de maior espessura serão no caso preferencialmente formada por partículas de material de enchimento que estão misturadas juntamente com o material de camada. Constitui desvantagem, todavia, que uma redução da espessura da camada descontrolada e irregular é gerada por um processo de queima para secagem, pelo qual não é assegurado um ajuste preciso da folga do mancal entre o pino do pistão e o cubo do pistão de um motor de combustão.

Constitui, portanto, tarefa da presente invenção propor um pistão por um motor de combustão e um processo para revestimento de suas superfícies de mancal deslizante, com o qual, com elevada eficácia e a custo vantajoso pode ser logrado proteção a longo prazo contra grimpamento e de desgaste, também com menor folga de montagem.

De acordo com a invenção, esta tarefa será solucionada pelas características marcantes das reivindicações independentes 1 e 5.

Pela aplicação direta de um revestimento autolubrificante em forma de laca deslizante, que consiste em uma resina termicamente endurecível com partículas sólidas de material lubrificante ali integradas, nas superfícies do mancal deslizante das perfurações de cubo de um pistão serão essencialmente conseguidas as seguintes vantagens:

- tornam-se necessárias buchas de mancal pequenas a fim de lograr suficiente segurança suficiente de lubrificação e de grimpamento;

- a aplicação de uma camada aderente nas superfícies do mancal deslizante para aprimorar a aderência da laca deslizante não é necessária;

- não é necessária uma usinagem posterior da superfície da laca deslizante aplicada visando lograr uma precisão de medição desejada como espessura de camada do revestimento, ajuste da folga de montagem, etc. bem como a qualidade de superfície e como aspereza e formação ondular;

- resistência aperfeiçoada em conseqüência de melhores propriedades lubrificantes comparadas com as conhecidas camadas de ligas me&

tal, e portanto, obtenção de maior durabilidade do conjunto de pistão-pinomancal.

Na dependência das exigências, as partículas sólidas de material lubrificante embutidas podem consistir em um ou de uma mistura dos dois dos materiais grafite, dissulfeto de molibdênio, dissulfeto de wolfrâmio, bornitreto hexagonal ou PTFE, sendo que o revestimento endurecido da superfície do mancai deslizante contém de 50 a 60% em peso de partículas sólidas de um material lubrificante a fim de assegurar uma lubrificação otimizada do conjunto constituído por pino de pistão-cubo-mancal. As partículas de material sólida apresentam para tanto tamanho de partículas de 1 a 3 μιη com uma espessura de camada de laca deslizante endurecida de 10-15 pm. A tolerância da espessura da camada será no caso no máximo de mais/menos 1 pm com o que podem ser logradas as mais estreitas folgas de montagem.

De acordo com o processo a laca deslizante será vantajosamente aplicada por um processo de pulverização rotacional sobre as superfícies do mancai deslizante das perfurações de cubo, com o que pode ser logrado um revestimento de perfurações de cubo também de diâmetros menores.

As camadas assim produzidas apresentam uma espessura de camada uniforme e qualidade de superfície muito boa. Da mesma maneira a profundidade da região a ser revestida pode ser bem limitada. O processo de revestimento é muito econômico em comparação com os tipos de revestimento convencionais.

Ampliações vantajosas resultam nas reivindicações dependentes.

Exemplos de execução da invenção serão a seguir explicitados baseados nos desenhos anexos. As figuras mostram:

Figura 1 - corte por um pistão com haste de pistão articulada sobre o pino de pistão;

Figura 2 - uma região da perfuração de cubo com um recorte do pistão de acordo com a Figura 1;

Figura 3 - uma região de perfuração do cubo com uma perfuração de lubrificação como recorte de acordo com a Figura 2;

Figura 4 - um dispositivo para aplicação de um revestimento sobre a superfície de mancal deslizante de uma perfuração de cubo.

O pistão 1, representado a guisa de exemplo na Figura 1, - que também pode ser um pistão Ferrotherm® ou um pistão Monother® da Empresa MAHLE de Stuttgart e de aço ou um componente de pistão de aço ou geralmente um pistão de metal leve - apresenta cubos 4 com perfurações de cubo 3, providos de uma superfície de mancal deslizante 5, as quais de acordo com as suas exigências podem ser produzidas com perfuração perfilada e/ou em forma vertical ou transversal. A aspereza da superfície Ra (valor de aspereza médio) pode corresponder a descrita no documento DE 41 11 368 A1, sendo que geralmente para diâmetros de perfuração de cubos inferiores a 30 mm, os valores Ra são 0,63 pm, e para diâmetros de perfuração de cubo entre 30-60 mm, são alcançados valores Ra de 0,68 pm. As perfurações de cubo 3 com o comprimento A podem ser configuradas em forma cilíndrica, circular ou arredondada ou cilíndrica com reduzida forma oval bem como com ou sem regiões terminais de perfuração alargados B, C.

As superfícies de mancal deslizante 5 apresentam o revestimento 6 autolubrificante que é formado de uma resina termicamente endurecida com partículas sólidas de um material lubrificante ali embutidas - designado laca deslizante. A resina é uma poliamidimida e as partículas sólidas de material lubrificante consistem em um ou de uma mistura de dois dos materiais grafite, dissulfeto de molibdênio, dissulfeto de wolfrâmio, bornitreto hexagonal ou PTFE.

Para aplicação do revestimento de acordo com a invenção sobre as superfícies de mancal deslizantes 5 dos cubos 4 serve um dispositivo 10 para pulverização rotacional. O dispositivo 10 apresenta um corpo básico 11 que converge em um corpo de bocal 13 rotativo provido de um mancal 12, de um bocal 14 bem como uma saída de bocal 15. Para girar o corpo do bocal 13 serve um acionamento 23. O corpo básico 11 possui canais adutores 17 e 18 que estão destinados para a laca deslizante bem como ar comprimido e que terminam em uma câmara misturadora 19 para dosagem e mistura. Um canal injetor 20, vinculado com a câmara misturadora 19, conduz per5 pendicularmente para com uma placa de ricochete 16 que está disposta para gerar uma fenda anelar 22 com uma largura de 0,5 mm para ejeção da laca deslizante-jato pulverizado 24, estando disposto distanciado do corpo do bocal 13.

O corpo do bocal 13 com seu bocal 14 gira por meio de acionamento 23 na faixa de rotação de 14000 a 18000 rotações por minuto, de maneira que pelas forças centrífugas existentes na abertura da saída da fenda anelar, a mistura de laca deslizante-ar pressurizado acelerada e como jato pulverizado 24 discoidal é eliminado em direção radial. O diâmetro de bocal D é escolhido de tal maneira que corresponde aproximadamente à metade do diâmetro da perfuração do cubo da superfície de mancai deslizante a ser revestida. O dispositivo poderá ser introduzido até a profundidade de bocal T dentro do olho de biela a ser revestido. Como o jato pulverizado é estreito na direção axial, a superfície a ser revestida poderá axialmente ser bem limitada por simples abertura e fechamento do suprimento de laca. Os diâmetros dos bocais estão disponíveis na faixa entre 5 e 25 mm com profundidades de bocal até 50 mm de maneira que com o dispositivo podem ser revestidos perfurações de cubos para pistões de todos tipos de motores. Exemplo de Execução 1:

Revestimento completo da superfície de mancai deslizante da perfuração de cubo:

A perfuração do cubo 1 será conhecidamente acabada de trabalhar mecanicamente apresenta correspondente ao seu diâmetro uma das asperezas de superfície acima mencionadas. O diâmetro de perfuração do cubo antes do revestimento será no caso selecionado de tal maneira que o pino do pistão recebe uma folga diametral de 30-40 μηη. O pistão com seus cubos é limpo de tal maneira que sejam removidos aparas, partículas, óleos de usinagem e semelhantes materiais.

Para a preparação do revestimento, nos dois lados das perfurações do cubo 3 serão fixadas guarnições de cobertura 21 ajustadas ao contorno externo dos cubos 4. As guarnições 21 evitam um revestimento dos lados externos dos cubos.

A laca deslizante constituída de uma resina básica resistente à temperatura poliamidimida contém, como material lubrificante sólido, uma mistura de dissuifeto de molibdênio e de grafite com tamanho de partículas de 1-3 pm. A viscosidade da laca deslizante é reguladas de tal maneira que não é viabilizada uma formação de gotas porém uma aplicação suficiente.

Com um avanço de 10-20 mm/s o bocal é introduzido em sentido central na perfuração do cubo 3 de maneira que a laca deslizante é aplicada sobre o pistão preaquecido de 50 até 80 °C. A laca deslizante recebe em estado endurecido 50-60 % em peso de lubrificantes sólidos. Sem suprimento de laca o bocal será em seguida recuado. Todo processo do revestimento se realiza em menos de 5 segundos.

Em seguida, a camada será termicamente endurecida em um forno sendo que o pistão terá que ser mantido entre 10 a 20 minutos em uma temperatura de 200 °C. A camada assim obtida apresenta uma espessura de aproximadamente 10 pm, sendo alcançado uma tolerância da espessura da camada de mais/menos 1 pm. Não obstante a redução da espessura da camada deslizante em virtude da contra ação da camada, será lograda uma folga de pino diametral estreita que é de 10-20 pm.

Exemplo de execução 2:

Revestimento parcial da superfície de mancai deslizante da perfuração de cubo:

Essencialmente o pistão será trabalhado e limpo de acordo com o exemplo de execução 1.

Para a preparação do revestimento, nos dois lados das perfurações do cubo serão aplicadas guarnições de cobertura 21 adequadas ao contorno externo dos cubos 4. As guarnições 21 evitam um revestimento dos lados externos dos cubos.

A camada deslizante constituída da resina básica muito resistente a temperatura, ou seja, poliamidimida, contém como lubrificante sólido, grafite com tamanho de partícula de 1-3 pm. A viscosidade da laca deslizante é regulada de tal maneira que não é viabilizado uma formação de gotas porém uma aplicação suficiente.

A região cilíndrica da perfuração do cubo poderá ser revestida pela laca deslizante, sendo usado para tal fim o dispositivo 11.

O bocal 14 será aplicado em um lado do cubo - na Figura 3 com movimentação da esquerda para direita - e sem suprimento de laca deslizante até o término da região C da perfuração do cubo 3 onde será introduzido e subseqüentemente será aplicada a laca deslizante até que seja alcançado o início da região do cubo B. Depois disso será desligado do suprimento da laca, o bocal será recuado e o resíduo da laca que permanece no bocal será pulverizado sobre a guarnição. A aplicação da laca deslizante, verifica-se no pistão preaquecido de 50 a 80 °C.

Em seguida, a camada será termicamente endurecida em um forno, quando o pistão 1 precisa ser mantido entre 10 a 20 minutos em uma temperatura de 200 °C. A camada assim obtida é de aproximadamente de 10 pm espessa, sendo que é alcançada uma tolerância de espessura de camada de mais/menos 1 pm. Não obstante a redução da espessura da camada deslizante em virtude da contra ação da camada, será lograda uma folga de pino diametral estreita de 10-20 pm. Esta folga estreita é especialmente vantajosa para evitar ruídos por vibração de pinos. O revestimento garante que não se apresentem fenômenos de grimpamento não obstante a estreita.

Exemplo de execução 3:

Revestimento das superfícies do mancal deslizante e as perfurações de cubo com canaleta de lubrificação recortada:

O pistão será trabalhado essencialmente de acordo com o exemplo de execução 1 e sendo também limpo. Nos cubos 4, de forma conhecida, estão previstas perfurações 7 adicionais para suprimento de óleo de lubrificação do pino do pistão não representado na Figura 1.

Para preparar o revestimento, nos dois lados das perfurações do cubo serão fixadas guarnições de cobertura 21, ajustadas aos contornos internos dos cubos 4. Essas guarnições 21 evitam no revestimento dos lados externos dos cubos.

A laca deslizante formada da resina básica bastante resistente a temperatura poliamidimida contém, como lubrificante sólido, grafite com tamanhos de partículas 1-3 Em. A viscosidade da laca deslizante é regulada de tal forma que não é viabilizada a formação de gotas porém uma aplicação suficiente.

As perfurações de óleo lubrificante 7, engastadas no centro das perfurações de cubo 3, não devem ser obstruída pela laca deslizante. Por esta razão, e para que o óleo lubrificante possa ser mais bem distribuído na fenda existente entre a perfuração de cubo e o pino de pistão, o revestimento 6 será recortado na região da perfuração de óleo lubrificante em forma de uma canaleta lubrificante radial e circunferencial, de acordo com a representação da Figura 3. Da mesma maneira pode ser concretizadas uma ou várias canaletas lubrificantes projetadas paralelamente para com o eixo das perfurações de cubo ou também uma combinação destas, pelo emprego de mascaras correspondentes. Para o revestimento será utilizado o dispositivo 11.

O bocal 14 será aplicado em um lado do pistão K1 sendo introduzido, sem suprimento de laca deslizante, até a profundidade D1 da perfuração de cubo 3. Em seguida, a laca deslizante será aplicada na região d. Na região da guarnição de cobertura 21 no lado do pistão K2 será desligado o suprimento de laca e o resto de laca que permanece no bocal 14 será pulverizado sobre a guarnição de cobertura 21. Em seguida, o bocal 14 será recuado sem suprimento de laca até a profundidade T2 de onde será pulverizada a região e com laca deslizante. O restante da laca deslizante será pulverizado no lado do pistão K1 na região da guarnição de cobertura 21. A aplicação da laca deslizante verifica-se sobre o pistão preaquecido de 50 a 80 °C.

Em seguida a camada será termicamente endurecida em um forno sendo que o pistão terá que ser mantido durante 10 a 20 minutos em uma temperatura de 200 °C. A camada assim obtida tem uma espessura de aproximadamente 10 pm sendo alcançada uma tolerância da espessura da camada de mais/menos 1 pm. Não obstante a redução da espessura da camada deslizante em virtude da contra ação da camada, será logrado uma folga de pino diametral estreito que é de 10-20 pm. Esta folga estreita é especialmente vantajosa para evitar ruídos por vibração de pinos. O revestimento assegura que não obstante a folga estreita não se apresente fenômeno de grimpamento.

Exemplo de execução 4

Revestimento excêntrico da superfície de mancai deslizante da perfuração de cubo:

O cubo será essencialmente trabalhado em limpo de acordo com o exemplo de execução 1.

Para preparar o revestimento, nos dois lados das perfurações do cubo 3 serão aplicadas guarnições de cobertura 21, ajustadas aos contornos internos dos cubos 4. Essas guarnições 21 evitam no revestimento dos lados externos dos cubos.

A laca deslizante formada da resina básica bastante resistente a temperatura, poliamidimida, contém, como lubrificante sólido, grafite com tamanhos de partículas 1-3 pm. A viscosidade da laca deslizante é regulada de tal forma que não é viabilizada a formação de gotas porém uma aplicação suficiente.

Com um avanço de 10-20 mm/s o bocal 14 é excentricamente introduzido na perfuração de cubo 3. A excentricidade é uma quarta parte do diâmetro de bocal D sendo que o eixo do bocal está defasado na direção dos Zenit da perfuração do cubo. A laca deslizante será aplicada sobre o pistão preaquecido a 20 a 80 °C. A laca deslizante contém no estado endurecido de 50-60 % em peso lubrificantes sólidos. Sem suprimento de laca, o bocal será em seguida recuado. Todo processo do revestimento realiza-se em menos do que 5 segundos.

Em seguida, a camada será termicamente endurecida em um forno, quando o pistão terá que ser mantido entre 10 a 20 minutos a uma temperatura de 200 °C. O revestimento 6 assim obtido apresenta na direção dos zenit da perfuração do cubo uma espessura de aproximadamente de 15 pm e na direção do Nadir da perfuração do cubo de 5 pm. No equador da perfuração do cubo, a espessura do revestimento é de aproximadamente 10

Η μΓπ. Desta maneira, na faixa da mais alta solicitação mecânica, é aplicada uma camada mais espessa, ao passo que na região da menor solicitação mecânica é aplicada uma camada delgada.

Para realização do processo de revestimento adapta-se também uma aparelhagem de lançamento S-520 da Empresa Sprimag, Kirchheim. O revestimento indicado também é possível de ser feito em superfícies de mancal deslizante já fosfatadas das perfurações de cubo 3, sendo que as espessuras de camada de fosfato e revestimento 7 devem ser ajustadas a respectiva folga de montagem do mancal-pino de pistão-cubo. O pino do pistão no caso não é revestido.

Está no contexto da invenção que o revestimento pode ser empregado também para pistões com buchas de cubo. De modo indicado à superfície de rolamento da bucha poderá ser revestida.

Relação Numérica de Componentes

Pistão

Seção da Haste do Pistão

Perfuração do Cubo

Cubo

Superfície de Mancal Deslizante das Perfurações de Cubo

Revestimento, Auto lubrificante (laca deslizante)

Perfuração de Óleo Lubrificante/canaleta de óleo lubrificante

Dispositivo para pulverização rotacional

Corpo Básico

Mancal para Corpo de Bocal

Corpo do Bocal

Bocal

Saída do Bocal

Placa de Ricochete

Canal Adutor para Laca Deslizante

Canal Adutor para Ar Comprimido

Câmara Misturadora

Canal Ejetor

Guarnição

Fenda

Acionamento

Jato pulverizado

D Diâmetro de Bocal

T Profundidade de Bocal

Da Eixo do Bocal

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Pistão (1) para motor de combustão com perfurações de cubo (6) apresentando superfície de mancal deslizante (4) para encaixe de um pino de pistão, sendo que as superfícies de mancal deslizante (5) apresen5 tam um revestimento (6) autolubrificante e diretamente ligado com material do pistão, consistindo em uma resina termicamente endurecida com partículas sólidas de material lubrificante alí embutidas, caracterizado pelo fato de que a resina é uma poliamidimida e as partículas sólidas do material lubrificante consistem em um ou de uma mistura de dois dos materiais grafite, dis10 sulfeto de molíbdênio, dissulfeto de wolfrâmio, bornitreto hexagonal ou PTFE.
2. Pistão de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o revestimento (6) está previsto ao menos uma região parcial das superfícies de mancal deslizante (5).

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3. Pistão de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o revestimento da superfície de mancal deslizante contém de 50 a 60 % em peso de partículas sólidas de material lubrificante, sendo que estas partículas têm tamanho de 1 a 3 pm.
4. Pistão de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracteri20 zado pelo fato de que a espessura da camada de 10-15 pm.
5. Pistão de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a espessura da camada tem uma tolerância de +/-1 pm.
6. Processo para revestir superfícies de mancal deslizante (5) de uma perfuração de cubo (3) especialmente para uma pistão (1) de um motor

25 de combustão, caracterizado pelo fato de que através da pulverização rotacional é aplicado um revestimento autolubrificante (6) de uma resina termicamente endurecida com partículas sólidas de material lubrificante ali embutidas, sendo a aplicação feita diretamente nas superfícies de mancal deslizante (5).

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