ES2290768T3 - Segmento rascador de aceite de varias piezas para pistones de motores de combustion interna. - Google Patents
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Abstract
Segmento (10) rascador de aceite de varias piezas para pistones de motores de combustión interna, con dos laminillas (1, 2) que se componen de bandas de acero con flancos paralelos, cuyas superficies (h, h'') de rodadura presentan en cada caso una forma asimétrica abombada con una línea (3, 3'') de vértice que se extiende por el perímetro de las laminillas, así como un muelle (4) extensor dispuesto entre las laminillas, que presiona las laminillas tanto axialmente contra uno de los flancos (5, 6) en cada caso de una ranura (7) anular en el pistón como radialmente contra la pared (8) de cilindro, caracterizado porque las superficies (h, , h'') de rodadura de las dos laminillas (1, 2) en sección transversal - en una primera sección (I) sigue aproximadamente la forma asimétrica de un polinomio de segundo grado con h(x) = ax + bx2, siendo x = coordenadas de superficie de rodadura en el sistema de coordenadas cartesiano en mm, y a, b, coeficientes, con a definida mediante la relación deljuego (aF) de los flancos axial de las laminillas respecto al ancho (B) de las laminillas; b definida como magnitud de la curvatura de la superficie de rodadura, - sigue un vértice (II) de soporte realizado como canto h(x=0), y - en una tercera sección (III) sigue aproximadamente la forma asimétrica de la función h(x) = cx2, con c como un múltiplo de b.
Description
Segmento rascador de aceite de varias piezas
para pistones de motores de combustión interna.
La invención se refiere a un segmento rascador
de aceite de varias piezas para pistones de motores de combustión
interna con dos laminillas que se componen de banda de acero con
flancos paralelos, cuyas superficies de rodadura presentan en cada
caso una forma asimétrica abombada con una línea de vértice que se
extiende por el perímetro de las laminillas, así como un muelle
extensor dispuesto entre las laminillas, que presiona las laminillas
tanto axialmente contra uno de los flancos de una ranura anular en
el pistón como radialmente contra la pared de
cilindro.
cilindro.
Para evitar que llegue demasiado aceite de motor
a la cámara de combustión, lo que además de un elevado consumo de
aceite tiene como consecuencia también repercusiones negativas en el
comportamiento de emisión del motor, es necesaria una fuerza
tangencial suficiente de los segmentos rascadores de aceite para
crear una compresión en la pared de cilindro y con ello un buen
efecto de rascado de aceite. Sin embargo esto ocasiona una elevada
presión superficial en las superficies de rodadura de las laminillas
de acero y con ello también una potencia de fricción elevada en el
funcionamiento del motor. Esta potencia de fricción empeora el
rendimiento del motor de combustión interna y por consiguiente
eleva el consumo de combustible. Por lo tanto el dimensionamiento
de la fuerza tangencial de los segmentos rascadores de aceite es
siempre un compromiso entre una potencia de fricción mínima y un
efecto de rascado de aceite máximo. Todas las medidas para disminuir
la potencia de fricción en el funcionamiento motor sin reducir la
fuerza tangencial facilitan por tanto el dimensionamiento de los
segmentos rascadores de aceite, o bien mejoran el rendimiento del
motor.
Según esto, para segmentos rascadores de tipo
genérico, además de una configuración especial del muelle extensor
se intentó formar las superficies de rodadura de las laminillas de
tal manera que éstas cumplen con las exigencias anteriormente
mencionadas. Se conocen, entre otros, superficies de rodadura que
discurren paralelas y planas con respecto a la pared de cilindro,
tal como se indica en el documento US 3.738.688, también contornos
de superficies de rodadura, que están realizados abombadas
simétricamente, tal como se describe en el documento DE 36 38 728
A1. Los segmentos rascadores de aceite de varias piezas con
superficies de rodadura de las laminillas realizadas abombadas
simétricamente se montan en este caso en el pistón en cualquier
posición de montaje, es decir, no
orientada.
orientada.
Por los documentos DE 38 33 322 A1, DE 43 00 531
C1 o DE 44 29 649 C2 se conocen superficies de rodadura asimétricas
de segmentos rascadores de aceite o segmentos de pistón. También por
el documento US 6.039.321 A se conoce un segmento rascador de
aceite formado por dos laminillas y un muelle extensor en forma de
zigzag, cuyas superficies de rodaduras están configuradas abombadas
asimétricamente. Un segmento rascador de aceite similar, que emplea
sin embargo un muelle extensor formado de otro modo, se conoce por
el documento FR 2 723 401. No obstante, estas formas de realización
se refieren únicamente a segmentos individuales, de modo que de los
documentos no pueden extraerse datos referidos a posibles
posiciones de montaje con respecto a los segmentos rascadores de
aceite de varias piezas.
El objetivo de la invención es indicar un
segmento rascador de aceite de varias piezas para un pistón de un
motor de combustión interna que presente un efecto de rascado de
aceite mejorado, frente al estado de la técnica conocido, con un
desgaste reducido de la superficie de rodadura.
El objetivo se soluciona configurando las
superficies de rodadura de ambas laminillas de tal manera que
presentan una forma asimétrica abombada, que se componen de una
primera y una segunda sección parabólica, presentando la segunda
sección parabólica una curvatura más acentuada que la primera.
Las superficies de rodadura de las laminillas se
caracterizan además por una inclinación asimétrica con un
abombamiento mucho más reducido con respecto al estado de la
técnica, pudiendo describirse el contorno de superficie de rodadura
aproximadamente mediante un polinomio de segundo grado.
En una configuración adicional de la invención,
las superficies de rodadura de las laminillas están orientadas en
cada caso con sus líneas de vértice en el mismo sentido hacia el
flanco de ranura anular opuesto a la base de pistón.
Mediante la configuración de superficie de
rodadura según la invención y la disposición de las laminillas una
respecto a otra, se consigue gracias a una condición hidrodinámica
más favorable en una de las dos laminillas, una disminución de la
potencia de fricción de todo el segmento rascador de aceite de banda
de acero sin reducir la fuerza tangencial, manteniéndose a esta
respecto la función de rascado de aceite de la otra lámina en toda
su
extensión.
extensión.
La reducción de la potencia de fricción ocasiona
por ello una mejora del rendimiento del motor, o puede mejorarse el
comportamiento de rascado de aceite mediante un aumento de la fuerza
tangencial con un nivel de potencia de fricción inalterado.
Las configuraciones convenientes de la invención
son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Mediante los dibujos se describe a continuación
un ejemplo de realización de la invención. Muestran:
la figura 1, una sección transversal del
segmento rascador de aceite según la invención en una primera
realización, y
la figura 2, una sección transversal del
segmento rascador de aceite según la invención en una segunda
realización.
Tal como puede observarse a partir de la figura
1, un segmento 10 rascador de aceite de varias piezas se compone de
dos laminillas 1 y 2 de banda de acero y un muelle 4 extensor que
presiona las laminillas tanto axialmente contra uno de los flancos
5 y 6 en cada caso de la ranura 7 anular en el pistón como
radialmente contra la pared 8 de cilindro. El flanco 5 de ranura
anular representa el lado de base de pistón y el flanco 6 de ranura
anular el lado opuesto a la base de pistón. Según la invención, la
laminilla 1 presenta una superficie h de rodadura asimétrica
formada de forma abombada con una línea 3 de vértice que se extiende
por el perímetro de la laminilla, y la laminilla 2 presenta una
superficie h' de rodadura asimétrica de forma abombada con una
línea 3' de vértice, actuando las líneas 3, 3' de vértice
respectivas como cantos que están en contacto con la pared 8 de
cilindro para el rascado de aceite. En un primer ejemplo de
realización según la figura 1, las laminillas 1 y 2 están
dispuestas en su estado montado en el pistón una respecto a la otra,
de tal manera que sus líneas 3, 3' de vértice (cantos) están
orientadas en cada caso en la dirección del centro de la ranura 7
anular. Según la figura 1, esta disposición de laminillas ha de
entenderse como en sentido opuesto, mientras que según la figura 2,
la disposición de las laminillas una respecto a la otra ha de
entenderse como en el mismo sentido. En este ejemplo de
realización, las dos líneas 3, 3' de vértice (cantos) están
dispuestas entre el muelle 4 extensor, opuestas al flanco 5 de
ranura anular en el lado de base de
pistón.
pistón.
Según la invención, las superficies h y h' de
rodadura de las laminillas presentan una forma que corresponde a
una operación de rodaje de varios cientos de horas en el
funcionamiento del motor. Esto se caracteriza porque las
superficies h y h' de rodadura de las dos laminillas 1 y 2 en
sección transversal en una primera sección (I) sigue
aproximadamente la forma asimétrica de un polinomio de segundo grado
con h(x) = ax + bx^{2}, siendo x = coordenadas de
superficie de rodadura en el sistema de coordenadas cartesiano en
mm, y a, b, coeficientes, con a definida mediante la relación del
juego aF de los flancos axial de las laminillas respecto al ancho B
de las laminillas. aF = separación entre el flanco de ranura anular
y laminilla, medido en el diámetro exterior de la ranura anular
(véase la figura 2), B = ancho total de la laminilla (véase la
figura 2); b definida como valor absoluto de la curvatura de la
superficie de rodadura, sigue un vértice (II) de soporte realizado
como canto h(x=0), y en una tercera sección (III)
aproximadamente sigue la forma asimétrica de la función h(x)
= cx^{2}, con c como un múltiplo de b. Como ejemplo para
laminillas con un espesor de 0,4 mm, resulta un valor h(x) =
35x + 50x^{2}. Por tanto pueden conseguirse las curvas de sección
transversal representadas de manera correspondiente a las figuras 1
y 2 con x como coordenada de superficie de rodadura en mm, y
h(x) como abombamiento en \mum. Es natural que los
coeficientes de este polinomio deban adaptarse a la aplicación
específica, siendo en este caso el diámetro de cilindro, las
dimensiones de la sección transversal de laminilla, la
configuración de los apoyos en el muelle extensor, y las relaciones
de juego axiales del segmento rascador de aceite de banda de acero
montado en la ranura anular parámetros esenciales. El abombamiento
normal de las superficies h y h' de rodadura según la invención
asciende a aproximadamente de 2 a 10 \mum/0,4 mm frente a las
realizaciones del estado de la técnica de 3 a 15 \mum/0,15 mm.
Desde el punto de vista funcional, el efecto de
rascado de aceite mejorado según la invención se produce porque la
fuerza de fricción que actúa en las superficies h y h' de rodadura
de las laminillas en la dirección axial de cilindro crea una
momento de torsión que deforma las laminillas en forma de plato.
Esto es posible porque la configuración del muelle 4 extensor
impide un movimiento de las laminillas 1 y 2 en dirección axial,
sobretodo en el apoyo interior, mientras que en el apoyo exterior
son posibles amplitudes de movimiento axiales claramente mayores.
La fuerza de fricción y con ello el momento de torsión cambia el
signo en función de la dirección de carrera del pistón. Dado que el
nivel de la fuerza de fricción depende también de la velocidad, esto
tiene como consecuencia una variación continua de la deformación en
forma de plato, denominada torsión dinámica. Mediante la torsión
dinámica, aquella laminilla que según la dirección de carrera está
en contacto con uno de los flancos de ranura, en combinación con la
inclinación asimétrica de la superficie de rodadura crea un buen
efecto de rascado de aceite, "cuando es el canto el que actúa",
mientras que la otra laminilla en cada caso presenta una
hidrodinámica mejorada debido al abombamiento definido de la
superficie de rodadura, "cuando es la superficie la que
actúa", tal como se representa en la figura 1. Con ello se reduce
la potencia de fricción en esta laminilla, que en el estado torcido
presenta además un peor efecto de rascado de aceite. Una
modificación de la dirección de carrera provoca que las dos
laminillas se abatan en la otra posición en cada caso, de modo que
por ello, en principio, no varía nada en las relaciones
descritas.
descritas.
Debe tenerse en cuenta la orientación de las
laminillas en cuanto a una posición correcta al ensamblar el
segmento rascador de aceite de banda de acero de varias piezas, que
por ejemplo puede garantizar una marcación de color de uno de los
flancos de laminilla.
La fabricación de la forma o contorno de las
superficies de rodadura puede realizarse, por ejemplo, mediante
lapeado.
- 10
- segmento rascador de aceite
- 1
- laminilla
- 2
- laminilla
- 3
- línea de vértice (canto)
- 3'
- línea de vértice (canto)
- 4
- muelle extensor
- 5
- flanco de ranura anular del lado de base de pistón
- 6
- flanco de ranura anular opuesto al lado de base de pistón
- 7
- ranura anular
- 8
- pared de cilindro
- 9
- pistón
- h, h'
- superficies de rodadura
- B
- ancho total de la laminilla
Claims (3)
1. Segmento (10) rascador de aceite de varias
piezas para pistones de motores de combustión interna, con dos
laminillas (1, 2) que se componen de bandas de acero con flancos
paralelos, cuyas superficies (h, h') de rodadura presentan en cada
caso una forma asimétrica abombada con una línea (3, 3') de vértice
que se extiende por el perímetro de las laminillas, así como un
muelle (4) extensor dispuesto entre las laminillas, que presiona
las laminillas tanto axialmente contra uno de los flancos (5, 6) en
cada caso de una ranura (7) anular en el pistón como radialmente
contra la pared (8) de cilindro, caracterizado porque las
superficies (h, h') de rodadura de las dos laminillas (1, 2) en
sección transversal
- en una primera sección (I) sigue
aproximadamente la forma asimétrica de un polinomio de segundo grado
con
h(x) = ax + bx^{2},
h(x) = ax + bx^{2},
siendo x = coordenadas de superficie de rodadura
en el sistema de coordenadas cartesiano en mm, y a, b, coeficientes,
con a definida mediante la relación del juego (aF) de los flancos
axial de las laminillas respecto al ancho (B) de las laminillas; b
definida como magnitud de la curvatura de la superficie de
rodadura,
- sigue un vértice (II) de soporte realizado
como canto h(x=0), y
- en una tercera sección (III) sigue
aproximadamente la forma asimétrica de la función h(x) =
cx^{2}, con c como un múltiplo de b.
2. Segmento (10) rascador de aceite de varias
piezas según la reivindicación 1, caracterizado porque las
líneas (3, 3') de vértice de las superficies (h y h') de rodadura de
las laminillas están orientadas en cada caso en el mismo sentido
hacia el flanco (6) de la ranura (8) anular opuesto a la base de
pistón.
3. Segmento (10) rascador de aceite de varias
piezas según la reivindicación 1, caracterizado porque las
superficies (h y h') de rodadura de las dos laminillas (1, 2) están
configuradas de tal manera que corresponden a un contorno final
cercano al desgaste en el estado ya rodado del motor, estando
orientadas las líneas (3, 3') de vértice de las superficies (h y
h') de rodadura, en cada caso, en el estado montado del segmento
(10) de aceite en el pistón, en sentido contrario hacia el centro
de la ranura (3) anular.
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