ES2159786T5 - Segmento de embolo para una maquina termica de combustion interna. - Google Patents

Abstract

PARA EVITAR DE FORMA SEGURA DEPOSITOS DE ALUMINIO EN LAS SUPERFICIES DE LOS FLANCOS DE UN ARO DE PISTON PARA MOTORES DE COMBUSTION SE PREVE EQUIPAR AL MENOS LA SUPERFICIES DEL FLANCO NO ORIENTADAS HACIA LA PRESION DE COMBUSTION CON UNA ENTALLADURA QUE SE EXTIENDE PERIMETRALMENTE. LA SUPERFICIE DEL FLANCO MUESTRA EN SECCION UNA FORMA CONCAVA, GRACIAS A LA CUAL SE PUEDE RECOGER LUBRICANTE Y EVITAR LOS DEPOSITOS.

Description

Segmento de émbolo para una máquina térmica de combustión interna.

La invención se refiere a un segmento de émbolo para un émbolo de una máquina térmica de combustión interna, y en especial para la disposición en un émbolo de aluminio.

Los segmentos de émbolo para las máquinas térmicas de combustión interna tienen que cumplir fundamentalmente tres objetivos. Estos hermetizan la cámara de combustión con relación a la caja de cigüeñal, limitan el consumo de aceite y conducen el calor absorbido por los fondos de émbolo a la pared de cilindro, y a través de ésta hacia el agente refrigerante. El segmento de émbolo solamente puede mantener el hermetismo de la cámara de combustión si existe un contacto lineal cerrado de forma permanente entre la superficie del cilindro y la superficie de deslizamiento del segmento, excepto en los puntos de tope de impulsión, y una de las dos superficies de flanco del segmento de émbolo se apoya además de forma estanca frente a los gases en el correspondiente flanco de ranura de émbolo. Esto tiene lugar porque el segmento de émbolo presiona de manera intensa sobre la pared de cilindro, por la formación de una cierta presión entre la superficie de la envoltura interna del segmento y el fondo de la ranura bajo la acción de las fuerzas de los gases que se producen. Los segmentos de émbolo se asientan con muy poco juego en la ranura de émbolo. Pero estos pueden realizar unos movimientos axiales, movimientos radiales, movimientos de giro y una inclinación dentro de la misma. Estos movimientos son provocados por las fuerzas de inercia que se activan como consecuencia de los movimientos del émbolo y a través de la presión de combustión. Con todo esto se pueden dar diversos fenómenos de desgaste de material sobre los flancos de segmento.

En los modernos motores de alta potencia se emplean los más diversos materiales de segmento de émbolo con distintos tratamientos de superficie y diversos procedimientos de templado para poder hacer frente a estos fenómenos de desgaste de materiales. En especial se han introducido con éxito los segmentos de émbolo nitrurados por todos lados, para la reducción de la erosión a un mínimo desde el punto de vista económico en las superficies de flanco. El material de base puede ser un acero con elevada concentración de cromo o también un acero de fundición.

El inconveniente de estos segmentos de émbolo, está en que los mismos, en combinación con los émbolos de aluminio, tienen tendencia a la formación de revestimientos con una capa de aluminio.

Los revestimientos con una capa metálica se dan sobre todo en la parte más inferior de las superficies de flanco del segmento de émbolo, es decir, sobre la superficie de flanco que está opuesta a la presión de combustión. La temperatura y la falta de agente lubricante dominantes, especialmente en el caso del segmento de compresión más elevado, tienen adicionalmente una influencia considerable.

Por el documento DE-PS 35 38 978 C1 es conocida la consecución de una expansión de presión en el flanco inferior del segmento de émbolo para la disminución de la fricción estática de un segmento de émbolo en la ranura de émbolo, debido a que la presión de los gases es conducida desde el lado superior de segmento de émbolo a un canal en la superficie inferior lateral del segmento de émbolo, y a través de unos orificios taladrados o canales.

El documento US-PS 4 438 937 da a conocer, por el contrario, unas medidas para la reducción de inercia y la descarga de peso por medio de unos vaciados de material en las superficies laterales del segmento de émbolo. En comparación con el costoso trabajo suplementario no se elimina el peligro de la formación de revestimientos con una capa de aluminio, especialmente en el caso de los motores Diesel grandes en los que se emplean los émbolos de aluminio.

Para conseguir una línea de obturación en forma de línea se conoce por el documento genérico DE 2811528 un segmento de émbolo con una depresión cóncava que se extiende en la dirección del contorno a lo largo de la anchura de las superficies del flanco.

Los segmentos de fundición tienen unas láminas de grafito que están abiertas en las superficies de flanco. De este modo, se consigue un efecto de lubricación, de manera que el problema de la formación de revestimientos de capa metálica o de microsellado térmico se presentan más raramente en los segmentos de émbolo realizados con acero de fundición.

Para impedir la formación de revestimientos de placas de aluminio en los segmentos de émbolo que utilizan los motores del tipo Otto es conocida la dotación de las superficies de flanco con diversos revestimientos de introducción. Con esta finalidad y de acuerdo con el documento DE 35 02 143 C3 están previstos los revestimientos de introducción a base de fosfato de manganeso, fosfato de cinc o tetróxido férrico (Fe_{3}0_{4}) para los segmentos de acero nitrurado de los émbolos.

La capa más externa, designada como capa estratificada, es eliminada y una de las capas de óxido se aplica directamente a la capa de difusión que está debajo. Esto requiere además un proceso de mecanización adicional, en donde se ha de tener en cuenta que la capa estratificada que ha de ser desgastada es muy dura por causa del nitrito de hierro que se ha formado en la misma.

En los motores Diesel se forman unas presiones de combustión, las cuales son fundamentalmente más altas que en los motores del tipo Otto. De este modo se aumenta el desgaste en las superficies de flanco de los segmentos de émbolo. Para impedir el desgaste de las ranuras, y especialmente en los émbolos de aluminio que se emplean en el caso de los motores Diesel, se instala por este motivo un soporte de segmento que normalmente consta de un acero austenítico de fundición. Si bien es cierto que de este modo se evita el problema de la formación de revestimientos de capa de aluminio, no obstante está posibilidad da lugar a unos costes considerables.

La solución del problema de los revestimientos en capas de aluminio se ha intentado además con ayuda de una rugosidad de superficies controlada. Hasta ahora no se ha podido determinar sin embargo su influencia de una manera fiable. Los segmentos se realizan en parte con unos planos elevados sobre la superficie de flanco, para la formación de un depósito de agente lubricante. Pero no se puede excluir que a pesar de todo se forme un llamado "desgaste rugoso", el cual modifica entonces de forma inadmisible la ranura de émbolo por un efecto de gel lubricante.

La invención se propone el objetivo de crear un segmento de émbolo según el preámbulo de la reivindicación 1, sin que la producción esté ligada a unas precauciones elevadas desde el punto de vista de los costes y para impedir de manera segura la formación de revestimientos de capas de aluminio, los cuales también se designan como microsellados térmicos, en la superficie de flanco del segmento de émbolo. La invención alcanza el objetivo con las características de la reivindicación 1. En un segmento de émbolo, en el cual por lo menos la superficie de flanco opuesta a la presión de combustión está dotada de una ligera depresión de 0,5 \mum a 5 \mum, y con preferencia de 2 a 3 \mum, se encuentra la depresión en la zona central de la superficie de flanco y se extiende en dirección a la periferia. La superficie de flanco muestra una configuración cóncava en su correspondiente sección transversal, en la que se aloja un agente lubricante e impide la formación de revestimientos de capa de aluminio. Es de suponer que en esta ranura periférica se pueda desarrollar adicionalmente un depósito de agente de lubricación, por lo cual el segmento de émbolo se amortigüe elásticamente y no sea sometido a la fricción plena con la ranura de émbolo del émbolo de aluminio. Los ensayos de motores han mostrado unas formaciones muy bajas de revestimiento en capa de aluminio y que se desprenden por sí mismas. En parte se pudo probar que generalmente no se forman revestimientos en capa de aluminio en absoluto. La ligera depresión puede estar prevista en las dos superficies de flanco, en tanto en cuanto sea necesario. Los resultados más ventajosos se han visto en el caso de las ligeras depresiones de 2 a 3 \mum y que se apliquen aproximadamente el centro de la superficie de los flancos de segmento de émbolo. La ligera depresión se extiende preferentemente a lo largo de toda la periferia de la superficie de flanco. Existe además la posibilidad de subdividir la ligera depresión en tramos, sin poner en peligro el efecto pretendido.

En las reivindicaciones secundarias se indican otras características que configuran de manera ventajosa el objeto de la invención.

En el dibujo están representadas de manera esquemática algunas formas de sección transversal de los segmentos de émbolo configurados según la invención. Todos los ejemplos de realización están dotados de sendas ligeras depresiones en las dos superficies de flanco. Sus profundidades alcanzan con preferencias de 2 a 3 \mum. Las anchuras son sin embargo diferentes y aumentan desde el valor b_{1} según la figura 1 al valor b_{3} de la figura 3, pasando por el valor b_{2} según la figura 2.

Claims (3)

1. Segmento de émbolo para un émbolo de una máquina térmica de combustión interna, en especial, para la disposición en un émbolo de aluminio, en el que al menos la superficie del flanco opuesta a la presión de combustión está dotada de una depresión que se extiende en dirección al contorno de 0,5 a 5 \mum, preferiblemente de 0 a 3 \mum, que se encuentra en la zona central de la superficie del flanco, caracterizado porque la anchura (b_{1}, b_{2}, b_{3}) de la depresión es más pequeña que la anchura de la superficie del flanco.

2. Segmento de émbolo según la reivindicación 1, caracterizado porque la depresión se extiende a lo largo de toda la periferia de la superficie de flanco.

3. Segmento de émbolo según la reivindicación 1, caracterizado porque la depresión está subdividida en varios tramos.