BRPI0810107B1

BRPI0810107B1 - Êmbolo para um motor de combustão interna

Info

Publication number: BRPI0810107B1
Application number: BRPI0810107-8A
Authority: BR
Inventors: Peter Kemnitz; Alexander Grössle
Original assignee: Mahle International Gmbh
Priority date: 2007-04-05
Filing date: 2008-03-20
Publication date: 2019-10-08
Also published as: US7533649B2; BRPI0810107A2; EP2129899A1; DE502008001162D1; EP2129899B2; US20080245335A1; WO2008122259A1; JP2010523869A; JP5162655B2; EP2129899B1; DE102007016945A1

Abstract

êmbolo para um motor de combustão interna a presente invenção refere-se a um êmbolo (10, 110) para um motor de combustão interna, com um cabeçote do êmbolo (11, 111) que apresenta um fundo do êmbolo (12, 112), uma alma de combustão (13, 113) circundante e uma parte anular (14, 114) circundante com ranhuras anulares (15a, 15b, 15c, 115a, 115b, 115c), sendo que, pelo menos, uma ranhura anular (15a, 115a) está equipada com um suporte anular (21, 121), caracterizado pelo fato de que, acima da parte anular (14, 114) está prevista uma depressão (23, 123) circundante na alma de combustão (13, 113).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para ÊMBOLO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA.

[001] A presente invenção refere-se a um êmbolo para um motor de combustão interna, com um cabeçote do êmbolo que apresenta um fundo do êmbolo, uma alma de combustão contínua e uma parte anular contínua com ranhuras anulares.

[002] Êmbolos para motores de combustão interna estão expostos a cargas consideráveis durante a operação. Em particular, o fundo do êmbolo, a alma de combustão e o anel do embolo diretamente adjacente à alma de combustão, juntamente com a ranhura anular que o recebe estão expostos a cargas especiais mecânicas e térmicas.

[003] Por esse motivo, de preferência, a ranhura anular adjacente à alma de combustão frequentemente está equipada com um suporte anular. Em geral, o suporte anular é constituído de um ferro fundido austenítico com grafite lamelar. Esses materiais também são conhecidos sob o nome de materiais de NiResist. Um suporte anular desse tipo é colocado no molde de fundição antes da fundição de um êmbolo para um motor de combustão interna, e é despejado com o material de fundição. Na fabricação de êmbolos de uma liga de alumínio, o suporte anular precisa ser tratado antes, para que se forme uma camada de ligação entre os materiais do suporte anular e o material do êmbolo. Para isso, em geral, o suporte anular é alfinado, por exemplo, é mergulhado em uma fusão de silício e alumínio, sendo que, se forma uma denominada camada de alfina, constituída de aluminidos ferrosos. Essa camada de alfina representa a camada de ligação desejada entre o material do êmbolo e os materiais do suporte anular.

[004] Essa camada de ligação é relativamente rígida.

Condicionada pelas cargas especiais mecânicas e térmicas, que saem dos gases de combustão formados durante a ignição da mistura de ar e combustível em forma de gás, por isso existe o perigo que, em virtude

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2/8 dos movimentos mecânicos dentro do cabeçote do êmbolo, a camada de ligação descrita acima seja altamente danificada entre o material do êmbolo e os materiais do suporte anular, de tal modo que, a tensão de tração resultante disso dentro da camada de ligação leve à ruptura da mesma. Com isso, o suporte anular se solta na ranhura anular, o que, em última análise, leva ao dano do motor.

[005] O requerimento de patente alemão DE 39 08 810 A1 descreve um êmbolo para um motor de combustão interna, cujo cabeçote do êmbolo, abaixo da parte anular está equipado com dois furos cegos, que passam para dentro desde o revestimento da haste do êmbolo, se estendendo paralelos à direção do eixo do pino. Com isso, o fluxo de força deve ser conduzido para a largura, isto é, para as áreas à esquerda e à direita dos furos cegos.

[006] Neste caso, é problemática a circunstância que, através da colocação dos furos cegos pode ocorrer um enfraquecimento mecânico do cabeçote do êmbolo.

[007] Por conseguinte, a tarefa da presente invenção consiste em aperfeiçoar um êmbolo de acordo com o gênero para um motor de combustão interna de tal modo que, o perigo da ruptura da camada de ligação entre o suporte anular e o material do êmbolo seja reduzido, sem que exista o perigo de um enfraquecimento mecânico do s materiais do cabeçote do êmbolo.

[008] A solução consiste em um êmbolo com as características da invenção. De acordo com a invenção está previsto que, acima da parte anular esteja prevista uma depressão contínua na alma de combustão. [009] A execução do êmbolo de acordo com a invenção causa que, a depressão sob a carga que sai dos gases de combustão seja comprimida. Com isso, as forças que atuam durante o processo de ignição sejam absorvidas, em essência, pelo cabeçote do êmbolo, e não consigam mais ou somente de modo enfraquecido chegar ao suporte

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3/8 anular, pelo que a camada de ligação é aliviada. Portanto, a depressão prevista de acordo com a invenção representa um tipo de ranhura de alívio, para a redução da tensão. Ela leva a uma redução dos movimentos dentro do cabeçote do êmbolo, de tal modo que as tensões de tração que surgem na camada de ligação que se encontra entre o suporte anular e o material do êmbolo sejam reduzidas de modo considerável. Além disso, a depressão prevista de acordo com a invenção é simples de ser fabricada e de baixo custo, e pode ser incorporada sem problemas durante o torneamento do cabeçote do êmbolo.

[0010] Aperfeiçoamentos vantajosos resultam das concretizações.

[0011] A profundidade da depressão prevista de acordo com a invenção representa, por um lado, um compromisso entre a redução de tensão almejada e, por outro lado, um certo enfraquecimento do cabeçote do êmbolo. Por isso, dependendo dos materiais do êmbolo empregados, a profundidade pode variar as dimensões do respectivo êmbolo, bem como, das condições de emprego. Tem-se comprovado que, uma profundidade (t) média da depressão contínua prevista de acordo com a invenção de até 1 mm, no caso regular, representa um compromisso proveitoso.

[0012] Pelos mesmos motivos, a forma da depressão prevista de acordo com a invenção pode variar dependendo das condições de emprego, das dimensões e das cargas individuais do êmbolo. Uma depressão executada em formato de V ou em formato de parábola ou em formato de hipérbole na seção transversal (eventualmente com um fundo arredondado) tem-se comprovado como particularmente bem apropriada para a meta almejada da invenção em questão.

[0013] Se na seção transversal existir uma depressão executada em formato de V ou em formato de parábola ou em formato de hipérbole, seu ângulo de abertura (α), do mesmo modo, é definido pelas condições

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4/8 marginais mencionadas acima. Um ângulo de abertura (α) de até 20° tem-se comprovado como apropriado.

[0014] Se a ranhura anular imediatamente adjacente à alma de combustão estiver equipada com um suporte anular, é razoável colocar a depressão prevista de acordo com a invenção em um intervalo menor possível em relação ao suporte anular, sem, contudo, tocar nesse suporte. Um intervalo (d) entre a depressão contínua e o suporte anular tem o valor recomendável de, pelo menos, 1 mm.

[0015] Pelo menos, o cabeçote do êmbolo de acordo com a invenção, em geral, é fabricado de uma liga de metal leve usual, de preferência, de uma liga de alumínio usual. Particularmente apropriadas são as ligas de alumínio do tipo MAHLE M172 ou MAHLE M174.

[0016] Em geral, o suporte anular é fabricado de um dos materiais de Niresist bastante conhecidos.

[0017] Finalmente, o suporte anular pode apresentar, de forma bastante conhecida, uma parte anular e uma parte de canal de resfriamento.

[0018] Exemplos de execução da invenção serão esclarecidos em mais detalhes, a seguir, com auxílio dos desenhos anexos. São mostrados em uma representação esquemática, não condizente com a escala:

[0019] figura 1 um primeiro exemplo de execução de um êmbolo de acordo com a invenção, em uma representação cortada parcialmente;

[0020] figura 2 um outro exemplo de execução de um êmbolo de acordo com a invenção, em uma representação cortada parcialmente.

[0021] A figura 1 mostra um primeiro exemplo de execução de um êmbolo 10. O êmbolo 10 pode ser de qualquer tipo de construção, tanto em peça única como também em duas peças, por exemplo, como

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5/8 êmbolo construído ou êmbolo de haste pendular. De forma bastante conhecida, o êmbolo 10 apresenta um cabeçote do êmbolo 11, com um fundo do êmbolo 12, equipado com uma cavidade de combustão 12a, bem como, com uma alma de combustão 13 contínua, e uma parte anular 14 contínua, com ranhuras anulares 15a, 15b, 15c. O cabeçote do êmbolo 11, além disso, está ligado com cubos (não representados), de forma bastante conhecida, através de ligações de cubo 16, os quais apresentam furos do cubo 17, para a recepção de um pino do êmbolo não representado. Além disso, o êmbolo 10 apresenta, de forma bastante conhecida, uma haste do êmbolo com superfícies de rolamento (não representado). No exemplo de execução, pelo menos, o cabeçote do êmbolo 11 é fabricado de uma liga de metal leve usual, por exemplo, de uma liga de silício e alumínio do tipo MAHLE M172 ou MAHLE M174. [0022] No exemplo de execução, imediatamente abaixo da alma de combustão 13 está previsto um suporte anular 21, no qual está incorporada a ranhura anular 15a, diretamente adjacente à alma de combustão 13. No exemplo de execução o suporte anular 21 é constituído de um material de Niresist, isto é, de um material de ferro fundido austenítico com grafite lamelar. O suporte anular 21 é alfinado, portanto, ao longo de sua superfície voltada para o cabeçote do êmbolo 11 é equipado com uma denominada camada de alfina, constituída de aluminidos ferrosos. A camada de alfina serve como camada de ligação entre o suporte anular 21 e o cabeçote do êmbolo 11.

[0023] A camada de ligação 22 relativamente rígida está exposta a altas cargas durante a operação do motor de combustão interna, que resultam, em essência, de fortes tensões de tração que surgem na camada de ligação 22 propriamente dita. Para o alívio da camada de ligação 22, na alma de combustão 13 está incorporada uma depressão contínua. Na seção transversal a depressão 23 contínua é executada em formato aproximadamente de V, e apresenta um fundo arredondado.

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Mas a depressão 23 contínua também pode ser executada em formato de parábola ou em formato de hipérbole. No exemplo de execução, a depressão 23 contínua apresenta uma profundidade (t) de aproximadamente 1 mm, bem como, um ângulo de abertura (α) de aproximadamente 20°. O intervalo (d) entre a depressão 23 contínua e o suporte anular 21 tem, no exemplo de execução, o valor de aproximadamente 1 mm.

[0024] Em cada processo de ignição do motor de combustão interna, a depressão 23 contínua é comprimida sob a carga que atua sobre o fundo do êmbolo 12 e a alma de combustão 13. Com isso, as forças que atuam durante o processo de ignição são absorvidas, em essência, pelo cabeçote do êmbolo 11, e não conseguem mais, ou somente de modo enfraquecido, chegar ao suporte anular 21, pelo que a camada de ligação 22 é consideravelmente aliviada. Portanto, a depressão 23 prevista representa um tipo de ranhura de alívio, para a redução da tensão na área do suporte anular 21. Ela leva a uma redução dos movimentos dentro do cabeçote do êmbolo 11, de tal modo que as tensões de tração que surgem na camada de ligação 22 que se encontra entre o suporte anular 21 e o material do êmbolo sejam reduzidas de modo considerável. A depressão 23 contínua é incorporada simplesmente durante o torneamento bastante conhecido do cabeçote do êmbolo 11.

[0025] A figura 2 mostra um outro exemplo de execução de um êmbolo 110. O êmbolo 110 corresponde, em essência, ao êmbolo 10 representado na figura 1. Do mesmo modo, o êmbolo 110 apresenta um cabeçote do êmbolo 111, com um fundo do êmbolo 112, equipado com uma cavidade de combustão 112a, bem como, com uma alma de combustão 113 contínua, e uma parte anular 114 contínua, com ranhuras anulares 115a, 115b, 115c. O cabeçote do êmbolo 111, além disso, está ligado com cubos (não representados), de forma bastante

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7/8 conhecida, através de ligações de cubo 116, os quais apresentam furos do cubo 117, para a recepção de um pino do êmbolo não representado. Além disso, o êmbolo 110 apresenta, de forma bastante conhecida, uma haste do êmbolo com superfícies de rolamento (não representado). No exemplo de execução, também o cabeçote do êmbolo 111 é fabricado de uma liga de metal leve usual, por exemplo, de uma liga de silício e alumínio do tipo MAHLE M172 ou MAHLE M174.

[0026] No exemplo de execução, imediatamente abaixo da alma de combustão 113 está previsto um suporte anular 121. No exemplo de execução o suporte anular 121 é constituído de uma parte de suporte anular 124 e de uma parte de canal de resfriamento 125. Na parte de suporte anular 124 está incorporada a ranhura anular 115a, diretamente adjacente à alma de combustão 113. A parte de suporte anular 124 e a parte de canal de resfriamento 125 estão soldadas entre si na forma bastante conhecida (compare com a patente DE 197 50 012 A1). A superfície 126, que aponta radialmente para a parte de canal de resfriamento 125 da parte de suporte anular 124 e a parte de canal de resfriamento 125 formam um canal de resfriamento 127.

[0027] A parte de canal de resfriamento 125 é constituída, em geral, de uma chapa de aço, por exemplo, de uma chapa de aço de V2A. A parte de suporte anular 124 é constituída, via de regra, de um material de Niresist, isto é, de um material de ferro fundido austenítico com grafite lamelar. A parte de suporte anular 124 é alfinada, portanto, ao longo de sua superfície voltada para o cabeçote do êmbolo 111 é equipada com uma denominada camada de alfina, constituída de aluminidos ferrosos. A camada de alfina serve como camada de ligação 122 entre a parte de suporte anular 124 e o cabeçote do êmbolo 111.

[0028] Para o alívio da camada de ligação 122, na alma de combustão 113 está incorporada uma depressão 123 contínua. Na seção transversal a depressão 123 contínua é executada em formato

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8/8 aproximadamente de V, e apresenta um fundo arredondado. Mas, a depressão 123 contínua também pode ser executada em formato de parábola ou em formato de hipérbole. No exemplo de execução, a depressão 123 contínua apresenta uma profundidade (t) de aproximadamente 1 mm, bem como, um ângulo de abertura (α) de aproximadamente 20°. O intervalo (d) entre a depressão 123 contínua e a parte de suporte anular 124 do suporte anular 121 tem, no exemplo de execução, o valor de aproximadamente 1 mm.

[0029] Com a presente invenção é sugerido um êmbolo 10, 110 simples de ser fabricado e, por isso, apropriado para a produção em série, no qual a camada de ligação 22, 122 entre o suporte anular 21, 121 e o cabeçote do êmbolo 11, 111 é aliviada de tensões de tração, de tal modo que o perigo da ruptura da camada de ligação 22, 122 é reduzido consideravelmente.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Êmbolo (10, 110) para um motor de combustão interna, com um cabeçote do êmbolo (11, 111) de uma liga de alumínio, que apresenta um fundo do êmbolo (12, 112), uma alma de combustão (13, 113) circundante e uma parte anular (14, 114) circundante, com ranhuras anulares (15a, 15b, 15c, 115a, 115b, 115c), sendo que a ranhura anular (15a, 115a) diretamente adjacente à alma de combustão (13, 113) é provida com um suporte anular (21, 121) de alumínio consistindo de um material Ni-Resist, caracterizado pelo fato de que uma depressão (23, 123) circundante está presente na alma de combustão (13, 113) acima da parte anular (14, 114), a depressão (23, 123) circundante sendo executada em formato de V na seção transversal e apresenta um fundo arredondado.
2. Êmbolo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a depressão (23, 123) circundante apresenta uma profundidade (t) de até 1 mm.
3. Êmbolo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o ângulo de abertura (α) da depressão (23, 123) circundante executada em formato de V na seção transversal tem um valor de até 20°.
4. Êmbolo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o intervalo (d) entre a depressão (23, 123) circundante e o suporte anular (21, 121) tem o valor de pelo menos 1 mm.
5. Êmbolo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que pelo menos o cabeçote do êmbolo (11, 111) é fabricado de uma liga de alumínio do tipo MAHLE M172 ou M174.
6. Êmbolo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o suporte anular (121)

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2/2 apresenta uma parte de suporte anular (124) e uma parte de canal de resfriamento (125).