BR112014017578B1

BR112014017578B1 - pistão para um motor de combustão interna com furos de pino para recepção de um pino de pistão e processo para produção de um pistão

Info

Publication number: BR112014017578B1
Application number: BR112014017578A
Authority: BR
Inventors: emmrich Dieter
Original assignee: Mahle Int Gmbh
Priority date: 2012-01-19
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2020-05-19
Also published as: EP2805085B1; CN104053931A; BR112014017578A2; US9494105B2; EP2805085A1; WO2013107672A1; JP2015510565A; DE102012200749A1; US20140352649A1; CN104053931B; BR112014017578A8; JP6118822B2

Abstract

resumo patente de invenção: "pistão". a presente invenção refere-se a um pistão (1) para um motor de combustão interna com furos de pino para recepção de um pino de pistão, sendo que os furos de pino (2) estão formados de modo transversalmente oval ao eixo longitudinal do pistão (1). é essencial para a invenção que os furos de pino (2) em ?=0? (zênite) e em ?=180? (nadir) estejam formados cilindricamente com base circular e em ?=90 e ?=270? (equador), de modo oval, com um volume de retenção de óleo, sendo que uma transição entre o equador e o zênite ou entre o equador e o nadir estende-se continuamente e de modo diferenciável, isto é, sem cantos. desse modo, pode ser produzido um pistão (1) de modo eficiente em custos, com boa capacidade de carga e bem lubrificado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para PISTÃO PARA UM MOTOR DE COMBUSTÃO INTERNA COM FUROS DE PINO PARA RECEPÇÃO DE UM PINO DE PISTÃO E PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE UM PISTÃO.

[0001] A presente invenção refere-se a um pistão para um motor de combustão interna, com furos de pino para recepção de um pino de cilindro. A invenção refere-se, além disso, a um processo para produção de um pistão desse tipo.

[0002] Do documento DE 1 650 206A é conhecido um pistão de acordo com a espécie para um motor de combustão interna, com furos de pino para recepção de um pino de pistão, sendo que os furos de pistão, para otimização da carga, estão formados de modo transversalmente oval ao eixo longitudinal do pistão. Pela formação transversalmente oval dos furos de pino deve ser garantido, particularmente um abastecimento de óleo confiável durante a operação do motor de combustão interna. O furo de pino transversalmente oval deve, além disso, agir de modo a amortecer ruídos e poder receber as diferentes dilatasse-os térmicas do pistão e do pino.

[0003] Do documento US 2,990,226 é conhecido, por sua vez, um pino de acordo com a espécie com um furo de pino transversalmente oval.

[0004] Do documento DE 36 09 019 C1 é conhecido um processo para produção de um furo de pino de um pistão de imersão, no qual estão moldados nos furos de pino cavidades à maneira de bolsas, partindo do interior do pistão, para evitar rupturas de cubo. Nessas bolsas, em pistões, nos quais a biela está guiada pelos cubos do pistão na direção do eixo longitudinal do eixo de manivela, a partir da cabeça de biela é introduzido óleo lubrificante. Para poder guiar o mesmo, mesmo nas bolsas moldadas, fechadas no furo de pino, a uma redução a menor possível da área do furo de pino, à extremidade do furo de pino situado

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2/10 radialmente por fora, com ajuda de uma modificação de posição de uma ferramenta de fresar, que insere as bolsas, durante a inserção molda uma ranhura nas bolsas, que leva radialmente pra fora e que serve como canal de óleo. A moldagem dessa ranhura necessita, no entanto, de uma segunda operação de produção.

Também do documento US 2007/0095200 A1 é conhecido igualmente um pistão de acordo com a espécie com um furo de pino transversalmente oval, sendo que as bolsas ali mencionadas também precisam ser produzidas em uma operação de fabricação separada.

[0005] A presente invenção ocupa-se com o problema de indicar para um pistão do tipo de acordo com a espécie uma modalidade aperfeiçoada ou pelo menos alternativa, que se distingue por uma produção racional, uma alta capacidade de carga e uma propriedade de lubrificação aperfeiçoada.

Esse problema é solucionado de acordo com a invenção. Modalidades vantajosas são objeto das concretizações.

[0006] A presente invenção baseia-se na ideia geral, na qual em um pistão em si conhecido para um motor de combustão interna devem ser realizados de modo transversalmente oval os furos de pino previstos para recepção de um pino de pistão, mais precisamente, em a=0°, isto é no zênite, e em a=180°, isto é, no nadir, de modo cilíndrico com base circular, e em α cerca de 90° ou 270° (equador), de modo oval, com um volume de retenção de óleo, sendo que uma transição entre o equador e o zênite ou entre o equador e o nadir estende-se de modo contínuo e diferenciável, isto é, sem cantos. Pela modalidade especial dos furos de pino, as superfícies de contato entre pistão e pino estão quase paralelamente opostas no zênite (e nadir), com o que o contato plano entre pino e pistão para transmissão da carga de pressão de gás pode ajustar-se diretamente, sem uma curvatura adicional do pistão em torno do pino, que levaria a um aumento de carga do pistão. Isso é obtido pelo

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3/10 fato de que os furos de pino estão formados, pelo menos na região do zênite, de modo aproximadamente cilíndrico com base circular, sem que, nesse caso, se formem cantos na região de transição entre o zênite e o equador, tal como é o caso, por exemplo, do estado da técnica (US 2007/0095200 A1, DE 36 09 019 A1, US 2,990,116 A). No furo de pino transversalmente oval de acordo com a invenção trata-se, portanto, de um furo de pino transversalmente oval corrigido, que está formado, por exemplo, de modo linearmente oval ou duplamente oval. Um furo de pino de acordo com a invenção desse tipo pode ser produzido por meio de um torno, no qual o pistão a ser furado ou a ferramenta de tornear é deslocado durante o efetivo processo de furar ou tornear, em cada revolução. Nesse modo de produção é de especial vantagem, além disso, o fato de que o furo de pino transversalmente oval corrigido pode ser produzido em um único passo de trabalho e, portanto, as bolsas de retenção de óleo na região do equador não precisam ser torneadas ou fresadas, tal como usual até agora, em um segundo passo de trabalho separado. Pela formação transversalmente oval também pode ser obtida uma lubrificação do pino nitidamente mais aperfeiçoada, do que seria o caso com furos de pino puramente cilíndricos. De acordo com a invenção pode ser criado no furo de cubo um volume de retenção de óleo, que não tem cantos e não solicita o fundo de pistão com a mesma intensidade como uma ovalidade transversal clássica.

[0007] Em um aprimoramento vantajoso da solução de acordo com a invenção, os furos de pino apresentam em 340° < α < 20° e em 130° < α < 230° um desvio radial da forma circular de rd < 2 qm. Tanto na região do zênite como também na região do nadir está garantida, portanto, uma forma quase cilíndrica de base circular do furo de pino e, com isso, um contato plano entre pistão e pino, sem uma curvatura adicional do pistão para fechar a fenda de contato crescente pela ovaliPetição 870190075633, de 06/08/2019, pág. 6/19

4/10 dade. Desse modo, é obtida uma carga adicional pela curvatura do pistão em torno do pino do fundo de pistão altamente carregado tanto termicamente como também mecanicamente. (Essa é a desvantagem típica de furos de cubo transversalmente ovais convencionais.) [0008] Convenientemente, os furos de pino apresentam em α cerca de 90° e em α cerca de 270°, isto é na região do equador, um desvio radial da forma circular de 10 < rd < 40 pm,. Daí pode ser visto claramente que na região do equador o diâmetro do furo de pino é nitidamente maior e, portanto, desvia-se nitidamente do diâmetro no nadir e no zênite, sendo que pelo desvio radial podem ser criadas as bolsas de retenção de óleo ou volumes de retenção de óleo necessárias para a lubrificação. Esses volumes de retenção e óleo são necessários, particularmente, para a lubrificação suficiente e, com isso, também um funcionamento de pouco ruído do pistão.

[0009] Em uma outra modalidade vantajosa da solução de acordo com a invenção, o furo de pino apresenta adicionalmente à ovalidade transversal também uma ovalidade alta. Com isso, as compressões de superfície máximas no furo são descoladas, por exemplo, para as regiões de +15° e -15°. As forças resultantes sobre pistão podem reduzir mais uma vez a curvatura do pistão e descarregar adicionalmente o fundo do pistão. Por uma ovalidade alta desse tipo, particularmente, também um ponto de introdução de força pode ser deslocado do zênite ou do nadir para as regiões vizinhas.

[00010] Em uma outra modalidade vantajosa da solução de acordo com a invenção, os furos de pino estão formados adicionalmente com trombetas simétricas ou assimétricas. Essas formas de trombeta têm, em princípio, o sentido de evitar compressões de cantos e outros aumentos de pressão, que se formam, entre outros fatores, pela curvatura dos pinos e ovalização sob carga. Uma formação assimétrica permite, particularmente, uma formação diferente do lado do nadir e do lado do

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5/10 zênite. Isso tem a vantagem de que os alargamentos das trombetas podem ser adaptados às cargas diferentes por forças de gás e massa e, opcionalmente, um cubo assimétrico para uma biela trapezoide ou escalonada pode ser levado em consideração.

[00011] A invenção baseia-se, ainda, na ideia geral de produzir os furos de pino transversalmente ovais especiais de acordo com a invenção pelo fato de que é realizada uma oscilação simultânea do pistão ou da furadeira sobreposta à perfuração. Pelo pistão ou furadeira oscilante durante a perfuração, podem ser produzidos, particularmente, os volumes de retenção de óleo na região do equador, junto com a perfuração ou torneamento do furo de pino, de modo que os mesmos não precisam ser produzidos - tal como usual até agora - em um segundo passo de trabalho separado e, com isso, oneroso em mão de obra. Alternativamente, essa forma também pode ser produzida através de um fuso da furadeira em um passo de trabalho. Para esse fim, também é pressuposta a forma contínua e diferenciável do furo de pino. Desse modo, o pistão de acordo com pode ser produzido racionalmente em técnica de fabricação e, com isso, de modo comparativamente barato, apesar de uma qualidade extremamente alta.

[00012] Outras características e vantagens importantes evidenciam-se das concretizações, dos desenhos e da respectiva descrição das figuras por meio dos desenhos.

[00013] Entende-se que as características citas acima e ainda a ser explicadas a seguir, podem ser usadas não só na combinação indicada em cada caso, mas também em outras combinações ou isoladamente, sem deixar o alcance da presente invenção.

[00014] Exemplos de modalidade preferidos da invenção estão representados nos desenhos e são explicados mais detalhadamente na descrição subsequente, sendo que sinais de referência iguais referemse a componentes iguais ou similares ou funcionalmente iguais.

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[00015] Nesse caso, mostram, em cada caso, esquematicamente,

Fig. 1 uma vista sobre um pistão de acordo com a invenção,

Fig. 2 uma representação em diagrama para explicação do furo de pino transversalmente oval especial; realçado para ilustração,

Fig. 3 uma representação para explicação de desvios radiais, a furos de pino transversalmente ovais diferentes,

Fig. 4 uma representação tal como na Fig. 2, mas, adicionalmente, com um furo de pino oval alto.

[00016] De acordo com a Fig. 1, um pistão 1 de acordo com a invenção para um motor de combustão interna, aliás, não mostrado, apresenta um furo de pino 2 para recepção de um pino de pistão, também não mostrado, sendo que o furo de pino 2 está formada de modo transversalmente oval ao eixo longitudinal, isto é, no presente caso, ao eixo vertical, do pistão 1. De acordo com a invenção, o furo de pino 2 está formado agora em α = 0^o, isto é, no zênite, e em α = 180°, isto é, no nadir, de modo cilíndrico com base circular, enquanto em α = 90° e 270°, isto é na região do equador, está formado de modo oval, com um volume de retenção e óleo, por exemplo, à maneira de bolsas de retenção de óleo. Uma transição entre o equador e o zênite ou o equador e o nadir é, nesse caso, contínua e diferenciável, isto é, essa transição estende-se sem cantos. Devido à forma cilíndrica de base circular do furo de pino 2, particularmente na região do zênite e na região do nadir, o mesmo apresenta uma área comparativamente grande, através das qual ele está em contato com transmissão de força como pino de pistão, praticamente de modo paralelo. De preferência, por esse motivo, o furo de pino 2 apresenta em 345° < α < 45° e em 135° < α < 225° uma forma substancialmente cilíndrica. Em comparação com os furos de pino transversalmente ovais conhecidos até agora do estado da técnica, isso oferece a grande vantagem de que a curvatura do pistão, que então se apresenta em furos de cubo ovais, para fechamento da fenda de contato

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7/10 ampliada pode ser evitada.

[00017] Em geral, o furo de pino 2 pode estar formado, por exemplo, de modo linearmente oval ou duplamente oval. Embora doravante sempre só se fale de um furo de pino 2, naturalmente está claro que para cada pistão 1, normalmente estão previstos dois furos de pino 2, dispostos de modo alinhado um ao outro.

[00018] Observando-se a Fig. 2, então pode-se identificar um detalhe do furo de pino entre a=0e a=90°, sendo que o furo de pino 2 transversalmente oval especial está descrito aqui com as linhas D (duplamente oval) e E (linearmente oval). Nesse caso, nota-se que tanto a linha característica duplamente oval como também a linearmente oval D, E, entre α=0° e a=45° são praticamente idênticas ao furo circular A, do que resulta a largura de fenda comparativamente constante na região de contato entre pistão e pino. As linhas D e E estão, portanto, aproximadas da linha circular A na região entre a=0° e α cerca de 45°.

Entre =45° e α=90°, a linha característica D,E de acordo com a invenção do furo de pino 2 de acordo com a invenção desvia-se, no entanto, nitidamente da forma circular, de modo que em α=90° já existe um desvio radial rd de cerca de 20 qm. Isto está novamente representado claramente na Fig. 3, na qual o desvio radial rd da forma circular está representado em milímetros. Em uma região de 340° < α < 20° e 130° < a < 32°, um desvio radial rd da forma circular perfaz menos de 2 qm, enquanto na região do equador, isto é, na região em que α aproximadamente 90° ou 270°, pode apresentar mais do que 10 qm e até 40 qm. É evidente, nesse caso, que ao furo de pino 2 pode ser sobreposto um furo de moldagem interna e/ou externa (trombeta) tanto simétrico como assimétrico. Observando-se novamente a Fig. 3, então pode-se identificar que no furo de pino 2 produzido de acordo com a invenção, isto é, com as linhas D e E para duplamente oval ou linearmente oval, um desvio radial rd de mais de 2 qm só se inicia a partir de um ângulo α de

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8/10 cerca de 45°, enquanto em uma elipse B ou em um oval normal C o mesmo já se inicia depois de 20° e, com isso, provoca uma curvatura mais forte do pistão. Naturalmente, nesse caso, os diagramas representados de acordo com as Figs. 2 e 4 estão representados realçados para ilustração.

[00019] Para poder descrever calculatoriamente o furo de pino 2 transversalmente oval especial e para obter uma forma semelhante à circular nas regiões em torno do zênite e do nadir, a descrição matemática é sobreposta por uma correção, por exemplo, para um oval duplo, a ovalidade do furo de pino 2 é definida, por exemplo, do seguinte modo: h_Ka=0,5H*(1-cos(2)) + ka com ka=0,5*Kt*(1-cos(4a)) com:

H valor nominal da ovalidade [mm] com sinal, ha (ovalidade (radial) no ângulo a[mm], hKa ovalidade (radial) corrigida no ângulo a [mm], ângulo,

Kt valor de correção

[00020] O primeiro sumando corresponde, nesse caso, à ovalidade transversal clássica.

[00021] Alternativamente a isso, a ovalidade do furo de pino 2 também pode estar definida do seguinte modo:

hKa=0,5H*(1-cos(2)) + ka com ka=0,5*Kt*(1-cos(4a))*|sina| H valor nominal da ovalidade [mm] com sinal, ha (ovalidade (radial) no ângulo a[mm], hKa ovalidade (radial) corrigida no ângulo a [mm], a ângulo,

Kt valor de correção

[00022] Essa forma é vantajosa em determinados processos de produção e é chamada de correção linear. Observando-se a Fig. 4, então pode-se identificar que, além da ovalidade transversal pura, o furo de

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9/10 pino 2 também pode apresentar uma ovalidade alta HO, que está designada de acordo com a linha característica F.

[00023] Com o furo de pino 2 de acordo com a invenção é possível pela largura de fenda praticamente constante na região do zênite e na região do nadir, isto é em α cerca de 0^o e 180°, apoiar melhor o pistão e, com isso, aumentar nitidamente a capacidade de carga. Pela ovalidade transversal podem ser criados na região de α=90-° ou α=270° volumes de óleo, que causam uma lubrificação aperfeiçoada. A ideia, nesse caso, é formar a ovalidade transversal de tal modo que em 0° e 180° de medição comporta-se como um furo de cubo cilíndrico (= bom para o fundo do pistão), mas, apesar disso, armazena o volume de retenção de óleo da ovalidade transversal em 90 e 270°, para por uma lubrificação aperfeiçoada tornar o cubo mais apto para carga do que com um furo moldado cilíndrico. A vantagem em relação a slots ou similares é que não é necessário um passo de trabalho adicional para esse volume e, além disso, não se formam cantos no furo de cubo. Esse furo moldado pode ser obtido, por exemplo, por uma seleção correspondente dos parâmetros das descrições matemáticas citadas acima ou similares. Pela transição contínua do zênite para o equador ou do equador para o nadir, são suprimidos, particularmente, os cantos conhecidos aqui do estado da técnica, com o que é possível uma operação com menos ruído e mais silencioso do pistão. O furo de pino 2 de acordo com a invenção pode ser produzido por uma oscilação sobreposta à perfuração e simultânea do pistão 1 ou da furadeira, de modo que o furo de pino 2 transversalmente oval especial de acordo com a invenção pode ser produzido em um único passo de trabalho e, com isso, de modo simples em técnica de fabricação e de baixo preço. Nesse caso, é suprimida, particularmente, uma fresagem ou torneamento adicional dos volumes de retenção de óleo no cubo de pistão. Com o furo de pino 2 transversalmente oval especial de acordo com a invenção, também

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10/10 podem ser usados pinos de pistão mais leves, devido à carga reduzida, com o que a massa oscilante e, portanto, o dispêndio de energia para operação do motor de combustão interna pode ser reduzido.

[00024] Concretamente, na produção de um furo de pino 2 de acordo com a invenção, com um diâmetro de D = 2 cm para valores de H valor característico radial da ovalidade) e Kt (valor de correção), podem ser selecionados os seguintes valores:

	Oval normal	Linearmente oval	Duplamente oval	Oval alto
H	20pm	20pm	20pm	20pm
Kt	0pm	-8pm	-8pm	-8pm a +10pm No âmbito entre -90° e 270°

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Claims

1. Pistão (1) para um motor de combustão interna com furos de pino para recepção de um pino de pistão, caracterizado por

- os furos de pino (2) estão formados de modo transversalmente oval ao eixo longitudinal do pistão (1),

- os furos de pino (2) estão formados cilindricamente com α = 0^o (zênite) e com α = 180° (nadir) e de modo oval com um volume de retenção de óleo com α = 90° e α = 270° (equador),

- uma transição entre o equador e o zênite ou entre o equador e o nadir estende-se continuamente e de modo diferenciável, isto é, sem cantos, a ovalidade dos furos de pino (2) está definida do seguinte modo:

h_Ka=0,5H*(1-cos(2a)) + ka com ko=0,5*Kf*(1-cos(4a)) ou hKa=0,5H*(1-cos(2a)) + ka com ka=0,5*Kt*(1-cos(4a))*|sina| com:

H valor nominal da ovalidade radial [mm] com sinal, ha ovalidade (radial) com ângulo α [mm], hKa ovalidade (radial) corrigida com ângulo α [mm], α ângulo,

Kt valor de correção.

2. Pistão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os furos de pino (2) com 345 < α < 45° e 135° < α < 225° apresentam uma forma cilíndrica.

3. Pistão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que os furos de pino (2) estão formados de modo linearmente oval ou duplamente oval.

4. Pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que os furos de pino (2) apresentam com

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340 < α < 20° e 130 < α < 230° um desvio radial da forma circular de rd < 2 pm.

5. Pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que os furos de pino (2) apresentam com a ~ 90° e α ~ 270° um desvio radial da forma circular de 10 < rd < 50 pm.

6. Pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que o furo de pino (2) apresenta, adicionalmente à ovalidade transversal, também uma ovalidade alta (HO).

7. Pistão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que pelo menos a um furo de pino (2) está sobreposto um furo moldado internamente e/ou externamente, que está formado, particularmente, simetricamente ou assimetricamente.

8. Processo para produção de um pistão (1), como definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que os furos de pino (2) são perfurados de modo transversalmente oval, mais precisamente, por uma oscilação simultânea sobreposta à perfuração, do pistão (1) ou de uma furadeira.

9. Processo para produção de um pistão (1), como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que os furos de pino (2) são perfurados de modo transversalmente oval, mais precisamente, por um fuso da furadeira montado magneticamente, que é desviado radialmente de modo sincronizado com a rotação.