ES2267749T3 - Piston de alta potencia que tiene deflector para las salpicaduras de aceite. - Google Patents
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Abstract
Un conjunto de un pistón (10) para un motor de combustión interna, que comprende: una cabeza del pistón (12) soportada para el movimiento alternativo en un cilindro del pistón entre una posición inferior y una posición superior, dicha cabeza del pistón (12) teniendo un conducto de enfriamiento abierto en el fondo (36) conformado en una superficie inferior de dicha cabeza del pistón (12); un par de bujes del pasador (40) que dependen de dicha cabeza del pistón y que tienen orificios del pasador (42) para soportar un pasador del pistón (16) de una biela de conexión; una falda del pistón (14) acoplada a dichos bujes del pasador (40) para dicho movimiento alternativo con dicha cabeza del pistón (12); una tobera de atomización de aceite estacionaria (38) que se extiende dentro de dicha falda del pistón y que tiene una salida posicionada para dirigir un flujo de aceite de enfriamiento a lo largo de un trayecto hacia el conducto de enfriamiento, caracterizado en que el conjunto del pistón (10) comprende una pantalla deflectora de aceite (56) portada por dicha falda del pistón (14) y que se mueve con dicha cabeza del pistón (12) en relación a dicha tobera de atomización de aceite estacionaria (38) entre una posición de desviación inferior en el trayecto del aceite de enfriamiento para obstruir de manera sustancial el flujo del aceite de enfriamiento al conducto de enfriamiento (36) y dirigir el flujo obstruido de aceite de enfriamiento sobre dichos bujes del pasador (40) cuando la cabeza del pistón se mueve a dicha posición inferior, y a una posición superior que no obstruya sustancialmente fuera del trayecto del flujo del aceite de enfriamiento para provocar que el aceite de enfriamiento sea dirigido dentro del conducto de enfriamiento (36) cuando la cabeza del pistón (12) se mueve hacia una posición superior.
Description
Pistón de alta potencia que tiene deflector para
las salpicaduras de aceite.
La descripción reivindica la prioridad de la
solicitud provisional 60/192,593, presentada en Marzo 28, 2000.
Esta invención se relaciona generalmente con los
pistones de alta potencia para aplicaciones en motores diesel, y más
particularmente a la administración de aceite de enfriamiento en los
pistones articulados.
Los pistones articulados de construcción
convencional están frecuentemente conformados con un conducto de
enfriamiento que se extiende de manera circunferencial en la cabeza
del pistón el cual está abierto en el fondo y se comunica con una o
más toberas de atomización de aceite que se extienden dentro de la
falda del pistón desde abajo y dirige un chorro pulverizado de
aceite de enfriamiento dentro del conducto de enfriamiento cuando
el pistón se mueve de manera alternativa en el cilindro del pistón
para proporcionar el enfriamiento. La lubricación de los orificios
del pasador y del pasador del pistón está usualmente a cargo de la
transferencia de aceite interna. Cualquier enfriamiento de los
orificios del pasador y del pasador del pistón es derivado del
aceite lubricante. En algunas aplicaciones, los bujes del pasador,
sus orificios del pasador, casquillos y pasador del pistón pueden
ser calentados por encima de las temperaturas deseadas las cuales
pueden perjudicar el rendimiento y la longevidad del pistón.
Una administración de la solución de aceite de
enfriamiento de acuerdo al preámbulo de la reivindicación 1 es
mostrada en WO 80/02308.
Un conjunto de un pistón construido de acuerdo a
la invención incluye una cabeza del pistón que tiene un conducto de
enfriamiento abierto en el fondo conformado en una superficie
inferior de la cabeza del pistón, un par de bujes del pasador que
dependen de la cabeza del pistón y que tienen orificios del pasador
para soportar un pasador del pistón de una biela de conexión, una
falda del pistón acoplada a los bujes del pasador para el
movimiento alternativo con la cabeza del pistón, y una tobera de
atomización de aceite estacionaria que se extiende dentro de la
falda del pistón y que tiene una posición de salida para dirigir un
flujo de aceite de enfriamiento a lo largo de un trayecto hacia el
conducto de enfriamiento. Una pantalla deflectora de aceite es
portada por la falda del pistón en posición para obstruir de manera
sustancial el flujo del aceite de enfriamiento al conducto de
enfriamiento y dirigir el flujo obstruido sobre los bujes del
pasador cuando la cabeza del pistón se mueve a una posición
inferior. La pantalla deflectora de aceite esta posicionada también
para moverse de manera sustancial fuera del trayecto del aceite de
enfriamiento para provocar que el aceite de enfriamiento sea
dirigido dentro del conducto de enfriamiento cuando la cabeza del
pistón se mueve a una posición superior.
La invención también contempla un método de
enfriar un pistón de movimiento alternativo que emplea la mencionada
pantalla deflectora la cual opera para obstruir de manera selectiva
el flujo de aceite de enfriamiento al conducto de enfriamiento
cuando el pistón está en el punto inferior de la posición de la
carrera para lograr, durante una porción de la carrera del pistón,
el enfriamiento directo de las regiones de los orificios del
pasador del pistón. Esta invención tiene la ventaja de proporcionar
enfriamiento directo al conducto de enfriamiento de la cabeza del
pistón en los momentos durante la carrera del pistón cuando el
enfriamiento de la cabeza es mas necesario, específicamente cuando
el pistón está hacia el punto superior de la posición de la carrera
donde se observa el mayor calor y de esta manera requiere el mayor
enfriamiento. Cuando el pistón viaja hacia el punto inferior de la
posición de la carrera, la cabeza del pistón se separa del calor de
la combustión de manera que disminuyen los requerimientos de
enfriamiento y, de acuerdo a la invención, el deflector es
operativo durante este tiempo para redirigir el aceite enfriamiento
sobre las regiones de los bujes del pasador de manera que las
regiones de los bujes del pasador sean directamente enfriados en un
momento durante el ciclo del pistón cuando el enfriamiento de la
cabeza es menos crítico.
La invención así tiene la ventaja de
proporcionar enfriamiento directo de las regiones de los bujes del
pasador sin perjudicar la eficiencia del enfriamiento de la cabeza
del pistón.
La invención tiene la ventaja adicional de
lograr el enfriamiento de la cabeza del pistón y los orificios del
pasador con el uso de una única tobera de atomización de aceite de
conjunto con el deflector.
Estas y otras características y ventajas de la
presente invención serán más fácilmente apreciadas cuando sean
consideradas en relación con la siguiente descripción detallada y
los dibujos anexados, donde:
La Figura 1 es una vista en sección transversal
de un conjunto de un pistón construido de acuerdo a la invención
mostrado acoplado a una biela de conexión ilustrada de manera
fragmentada;
La Figura 2 es una vista en planta de la falda
del pistón como es vista de manera general a lo largo de las líneas
2-2 de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista seccionada tomada de
manera general a lo largo de las líneas 3-3 de la
Figura 2;
La Figura 4 es una vista seccionada tomada de
manera general a lo largo de las líneas 4-4 de la
Figura 2; y
La Figura 5 es una vista seccionada tomada de
manera general a lo largo de las líneas 5-5 de la
Figura 2 mostrando la falda del pistón movida entre la posición
superior de líneas sólidas y la posición inferior de líneas
discontinuas con el carrera del pistón.
Con referencia a los dibujos, la Figura 1
muestra un conjunto de un pistón articulado 10 que tiene una cabeza
o corona 12 y una falda conformada de manera separada 14 acoplada a
la corona 12 de una manera usual por un pasador del pistón 16.
Con referencia también a las Figuras 2 y 3, la
corona 12 tiene una porción de bóveda central 18 con una superficie
superior contorneada que define un tazón de combustión 20. Rodeando
la porción de bóveda 18 está una porción anular de sujeción de los
aros 22 que se extiende hacia abajo desde una cara superior 24 de la
corona 12 hacia una cara inferior 26. Una pluralidad de ranuras
para los aros 28 están conformadas en una superficie exterior 30 de
la porción de sujeción los aros 22. Entre la porción de sujeción de
los aros 22 y la poción de bóveda 18, paredes espaciadas de manera
radial 32, 34 definen un conducto o cámara de enfriamiento con
aceite 36 el cual está abierto en el fondo para recibir el aceite
de enfriamiento L dentro del conducto 36 desde una emisión por
debajo de una o más toberas de atomización de aceite 38 de un motor
(no mostrado) en el cual el pistón está montado.
Extendiéndose hacia abajo desde la porción de
bóveda 18 hay un par de bujes del pasador 40 espaciados de manera
lateral conformados con los orificios del pasador 42 alineados para
acomodar al pasador del pistón 16. En muchas aplicaciones,
incluyendo la realización ilustrada, los orificios del pasador 42
están revestidos con un casquillo 44 para servir como una
superficie de apoyo al pasador del pistón 16. Sin embargo, no todas
las aplicaciones requerirán el casquillo 44 y la presente invención
puede llevarse a la práctica con o sin el casquillo 44. El pasador
del pistón 16, por supuesto, acopla el conjunto del pistón 10 al
extremo superior de una biela de conexión 45 (mostrada
esquemáticamente en la Figura 1) de una manera usual para mover de
manera alternativa el conjunto del pistón 10 dentro de un orificio
del cilindro (no mostrado) de la manera típica por medio de un
cigüeñal (no mostrado) con el cual el otro extremo de una biela de
conexión 45 está acoplado. La Figura 4 ilustra la falda 14 de un
conjunto de un pistón 10 cerca del punto superior de su carrera,
mientras la Figura 3 ilustra el conjunto del pistón 10 cerca de la
mitad de la carrera y en camino al punto inferior de la posición de
la carrera dentro del cilindro. La Figura 5 muestra la falda en
ambas posiciones, con la posición superior en líneas sólidas
representando la localización de la falda 14 cerca del centro muerto
del punto superior, y la posición con líneas discontinuas
representando la posición de la falda 14 cerca del centro del punto
muerto inferior. La relación de posición de la falda con respecto al
trayecto del flujo de dirección fija del aceite de enfriamiento L
es también ilustrado en la Figura 5, como será discutido
adicionalmente a continuación. La tobera de atomización de aceite
38 está fija en relación con el pistón de movimiento alternativo y
de está manera el conjunto del pistón 10 se mueve hacia y se aleja
de la tobera 38 durante la operación.
La falda del pistón 14 tiene un par de porciones
parciales cilíndricas de la falda 46 espaciadas de manera radial
hacia fuera de los bujes del pasador 40 unidas por un par de paredes
extremos 48 que se extienden a través de los bujes del pasador 40
en una relación adyacente de manera lateral hacia fuera de estos.
Las paredes extremo 48 tienen aberturas de los bujes del pasador 50
alineadas con los orificios del pasador 42 de los bujes del pasador
40. El recibo del pasador del pistón 16 en las aberturas de los
bujes del pasador 50 de la falda opera para acoplar la falda 14 a
la corona 12 en una forma articulada, de forma tal que la falda 14
sea capaz de moverse o balancearse ligeramente en relación con la
corona 12 alrededor del eje del pasador del pistón 16. La falda 14
tiene una cara superior 52 que está separada de la cara inferior 26
de la corona de forma tal que la falda 14 este desacoplada de la
corona 12 y unida solamente a través del pasador del pistón 16. La
corona 12 puede ser fabricada de acero, mientras la falda 14 puede
ser fabricada de aluminio o similar. Por supuesto, otras
selecciones de materiales están contempladas por la invención,
incluyendo una corona de acero en una falda de acero, una falda y
una corona de aluminio, o variaciones de las mismas.
Como es mejor mostrado en la Figura 2, el
extremo superior 52 de la falda 14 está conformado con al menos uno
y preferiblemente una pluralidad de reservorios de aceite en la
forma preferida de formaciones de taza 54 que se proyectan de
manera radial hacia adentro de las porciones de la falda 46 en
relación espaciada de manera circunferencial en relación con la
tobera o las toberas de atomización de aceite 38, de manera que
yacen fuera del trayecto de atomización directo de la tobera,
asegurando que las tazas 54 no obstruyan el flujo directo del
aceite de enfriamiento emitido por la tobera 38 desde abajo dentro
del conducto de enfriamiento con aceite 36. Como el aceite de
enfriamiento corre fuera del conducto de enfriamiento 36 a través de
su fondo abierto, parte del aceite es capturado por las tazas 54 de
forma que proporcionen una "acción de sacudida de cóctel" que
redirija el aceite capturado nuevamente dentro del conducto de
enfriamiento 36 durante el rápido movimiento alternativo del
conjunto del pistón 10 durante la operación. Las tazas 54 están
separadas una de otra de manera que ellas formen reservorios
discretos.
De acuerdo a la invención, la falda 14 es
adicionalmente equipada con un deflector de aceite 56 el cual opera
al menos durante una porción de la carrera del conjunto del pistón
10 para dirigir todo o parte del chorro del aceite de enfriamiento
emitido desde la tobera de atomización 38 sobre el pasador del
pistón y la porción de los bujes del pasador 40 del conjunto 10
para enfriar el pasador del pistón 16 y los bujes del pasador 40,
particularmente en la vecindad de los orificios del pasador 42 para
enfriar la superficie de apoyo entre los bujes del pasador y el
pasador del pistón 16. En el ejemplo ilustrado, los orificios del
pasador 42 están equipados con casquillos 44, y el aceite desviado
sirve para enfriar los casquillos durante la operación.
El deflector 56 es similar en su construcción a
las tazas de enfriamiento de aceite 54, pero es generalmente más
ancho y orientado sobre la falda 14 de manera que yazca en el
trayecto del chorro del aceite de enfriamiento emitido por la
tobera de atomización 38 a lo largo de una porción de la carrera S
del pistón (ver la Figura 5). El deflector 56 presenta una pared
del deflector 58 que se proyecta de manera radial hacia adentro
desde la pared interior de la porción de la falda 46, como es mejor
mostrado en las Figuras 2, 3 y 5. La pared del deflector 58 está
orientada en relación con la tobera de atomización de aceite 38 de
manera tal que cuando el pistón se mueva a una posición superior
hacia el punto superior de la carrera del conjunto del pistón 10
donde la corona 12 está expuesta a los gases calientes de la
combustión, (Figura 3 y la posición de líneas sólidas de la Figura
5) el ángulo de incidencia del chorro pulverizado de aceite emitido
desde la tobera de atomización 38 permite a un flujo sustancial de
aceite L pasar cerca del deflector 58 y ser dirigido al conducto de
enfriamiento 36 de la corona 12, para enfriar la superficie superior
24 y la porción de sujeción de los aros 22. De manera
circunferencial adyacente al deflector 58 hay una cavidad 59 que
está posicionada en relación con el flujo de aceite L de manera que
proporcione el paso del aceite L alrededor del deflector 58 y
dentro del conducto 36 cuando la falda 14 se mueva con el pistón a
la posición superior. Cuando el pistón se mueve hacia abajo en su
carrera a una posición inferior hacia el punto inferior de la
posición de la carrera, la pared del deflector 58 entra al trayecto
de la corriente de aceite L, como es ilustrado en las Figuras 2, 3
y 5, provocando la obstrucción del flujo al conducto de enfriamiento
36 de manera que una porción sustancial de la corriente de aceite L
sea desviada de manera radial hacia adentro de forma que salpique
sobre el pasador del pistón 16, los bujes del pasador 40 y los
casquillos 44 para enfriar estas regiones del conjunto del pistón 10
durante la operación.
La tobera 38 está dispuesta en un ángulo en
relación al eje longitudinal de la falda del pistón 14 (ver la
Figura 5) de manera que el flujo de aceite L pueda bordear el
deflector 58 cuando el pistón 10 se acerca al punto superior de la
carrera, mientras que entra al trayecto cerca del punto inferior de
la carrera para desviar de manera selectiva el flujo de aceite.
La superficie superior del deflector de aceite
56 tiene una cavidad en forma de taza 60 la cual, al igual que las
tazas 54, sirve para capturar el aceite que corre fuera del conducto
de enfriamiento 36 para redirigir tal aceite suplementario
nuevamente dentro del conducto de enfriamiento para mejorar el
enfriamiento.
En la realización preferida, la característica
del deflector de aceite 56 es que está conformado como una pieza
con la falda del pistón 14, y como tal puede ser moldeado por colada
o forjado. Alternativamente, la característica del deflector 56
pudiera tomar la forma de un componente soldado o fijado con pernos,
aunque la estructura de una pieza es preferida.
Es, por lo tanto, entendido que dentro del
alcance de las reivindicaciones anexadas, la invención puede
llevarse a la práctica de otra forma que la que ha sido
específicamente descrita. La invención es definida por las
reivindicaciones.
Claims (12)
1. Un conjunto de un pistón (10) para un motor
de combustión interna, que comprende:
una cabeza del pistón (12) soportada para el
movimiento alternativo en un cilindro del pistón entre una posición
inferior y una posición superior, dicha cabeza del pistón (12)
teniendo un conducto de enfriamiento abierto en el fondo (36)
conformado en una superficie inferior de dicha cabeza del pistón
(12);
un par de bujes del pasador (40) que dependen de
dicha cabeza del pistón y que tienen orificios del pasador (42)
para soportar un pasador del pistón (16) de una biela de
conexión;
una falda del pistón (14) acoplada a dichos
bujes del pasador (40) para dicho movimiento alternativo con dicha
cabeza del pistón (12);
una tobera de atomización de aceite estacionaria
(38) que se extiende dentro de dicha falda del pistón y que tiene
una salida posicionada para dirigir un flujo de aceite de
enfriamiento a lo largo de un trayecto hacia el conducto de
enfriamiento, caracterizado en que el conjunto del pistón
(10) comprende
una pantalla deflectora de aceite (56) portada
por dicha falda del pistón (14) y que se mueve con dicha cabeza del
pistón (12) en relación a dicha tobera de atomización de aceite
estacionaria (38) entre una posición de desviación inferior en el
trayecto del aceite de enfriamiento para obstruir de manera
sustancial el flujo del aceite de enfriamiento al conducto de
enfriamiento (36) y dirigir el flujo obstruido de aceite de
enfriamiento sobre dichos bujes del pasador (40) cuando la cabeza
del pistón se mueve a dicha posición inferior, y a una posición
superior que no obstruya sustancialmente fuera del trayecto del
flujo del aceite de enfriamiento para provocar que el aceite de
enfriamiento sea dirigido dentro del conducto de enfriamiento (36)
cuando la cabeza del pistón (12) se mueve hacia una posición
superior.
2. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 1 donde dicha falda del pistón (14) tiene una pared
interior y dicho deflector de salpicadura de aceite (56) se extiende
hacia adentro desde dicha pared
interior.
interior.
3. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 2 donde dicho conducto de enfriamiento (36) esta
conformado por una ranura anular que tiene una pared interior de la
ranura anular y una pared exterior de la ranura anular.
4. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 3 donde dicha cabeza del pistón (12) incluye una
superficie periférica exterior (22) conformada con una pluralidad
de ranuras para aros (28).
5. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 4 donde dicha pared exterior de la ranura anular está
adyacente a dicha superficie periférica exterior (22) de dicha
cabeza del pistón (12).
6. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 1 donde dicha falda (14) incluye una cavidad (59) de
manera circunferencial adyacente a dicho deflector de salpicadura de
aceite (56) que define un paso para el aceite cuando dicha falda
está en dicha posición inferior.
7. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 6 donde dicha tobera de atomización de aceite (38)
está soportada en un ángulo con relación a dicha cavidad (59).
8. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 1 donde dicha falda del pistón (14) tiene una
superficie extremo superior conformada con al menos un reservorio
para recoger aceite (54).
9. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 8 donde dicha falda del pistón incluye una pluralidad
de dichos reservorios para recoger aceite (54).
10. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 9 donde dicha pluralidad de dichos reservorios para
recoger aceite (54) están separados un del otro.
11. El conjunto del pistón (10) de la
reivindicación 10 donde uno de dichos reservorios para recoger
aceite (54) está proporcionado en una superficie superior de dicho
deflector de salpicadura de aceite (56).
12. Un método de enfriamiento de un pistón
mientras se mueve de manera alternativa en un cilindro del pistón
entre una posición inferior y superior y que incluye una cabeza del
pistón (12) que tiene un conducto de enfriamiento que se extiende
de manera circunferencial abierto en el fondo (36), un par de bujes
del pasador (40) que dependen de la cabeza del pistón (12) y que
tienen un par de orificios del pasador (42) en los cuales un pasador
del pistón (16) de una biela de conexión es recibido, y una falda
del pistón (14) conectada a los bujes del pasador (40) para el
movimiento alternativo con la cabeza del pistón (12), dicho método
comprendiendo:
extender una tobera de atomización de aceite
estacionaria dentro de la falda del pistón desde abajo;
caracterizado en que
proporciona un deflector de salpicadura de
aceite (56) sobre la falda del pistón (14) que está dimensionado y
posicionado con relación al conducto de enfriamiento (36), la falda
del pistón (14), los bujes del pasador (40) y la tobera de
atomización de aceite (38) de manera que obstruya de manera
sustancial un flujo del aceite de enfriamiento emitido desde la
tobera de atomización de aceite (38) de pasar al conducto de
enfriamiento (36) cuando el pistón está en la posición inferior y
desviar tal aceite sobre los bujes del pasador (40) y los orificios
del pasador (42) cuando están en tal posición inferior, y
adicionalmente de manera que se mueva fuera del trayecto del flujo
del aceite de enfriamiento cuando el pistón se mueve a una posición
superior para provocar que el aceite de enfriamiento entre en el
conducto de enfriamiento (36) cuando está en tal posición
superior.
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