MXPA06010160A

MXPA06010160A - Pasador de piston revestido.

Info

Publication number: MXPA06010160A
Application number: MXPA06010160A
Authority: MX
Inventors: John L Cagney; Brendt A Newkirk; Bradley J Oblak; Donald R Van Der Moere
Original assignee: Int Engine Intellectual Prop
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2007-03-07
Also published as: WO2005089142A2; EP1725695A4; CA2558831A1; KR20070011362A; CN101010441A; US20050207831A1; WO2005089142A3; JP2007529699A; BRPI0508521A; EP1725695A2

Abstract

Un pasador de piston que incluye un cuerpo tubular que tiene un margen exterior cilindrico, el margen exterior siendo desplazablemente coincidible con un margen interior de una perforacion de pasador de una varilla de conexion, el margen de la perforacion de pasador teniendo una superficie formada del material que forma la varilla de conexion, la coincidencia siendo en un acoplamiento de superficie a superficie. Un metodo para formar un pasador de piston y una combinacion de pasador de piston, varilla de conexion se incluyen ademas.

Description

PASADOR DE PISTÓN REVESTIDO CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona con motores de combustión interna. Más particularmente, la presente invención se relaciona con un pasador de pistón revestido para conectar desplazablemente una varilla de conexión a un pistón. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las partes móviles de un motor de combustión interna sirven una función importante en convertir la energía térmica en energía mecánica. En un motor de combustión interna convencional que tiene pistones de reciprocación, las partes móviles del motor convierten además el movimiento recíproco en movimiento giratorio. Algunas de las partes móviles principales de un motor de combustión interna son el conjunto de pistón, varillas de conexión y un conjunto de cigüeñal. La combustión de la mezcla de combustible-aire dentro del cilindro ejerce una presión ocasionándole de esta manera que reciproque dentro del cilindro. La reciprocación del pistón se transmite por la varilla de conexión al cigüeñal. La acción de la varilla de conexión y cigüeñal convierte la reciprocación del pistón en un movimiento giratorio. Un pistón del ramo anterior, pasador de pistón, y varilla de conexión se ilustran en la Figura 1 del ramo anterior. Como se observa en la Figura 2, un pistón típico tiene una cabeza y un faldón. La cabeza tiene una pluralidad de planos para soportar los anillos de pistón respectivos. Una protuberancia de pasador de pistón se define en el faldón del pistón. Una ranura se puede proporcionar en el faldón para sujetar el anillo de presión de pasador de pistón para asegurar el pasador de pistón en el pistón. Alternativamente, un agujero roscado que intercepta la protuberancia de pasador de pistón se puede proporcionar para un tornillo de sujeción de pasador de pistón. El pistón se fija a la varilla de conexión mediante un pasador de pistón (muñón) ver las Figuras 3a, 3b, ramo anterior. El pasador pasa a través de las protuberancias de pasador de pistón de este pistón y a través del extremo superior de la varilla de conexión. El extremo superior de la varilla de conexión monta dentro del pistón en la mitad del pasador de pistón. Los pasadores de pistón están hechos típicamente de acero de aleación con un acabado de precisión y están endurecidos en caja y en ocasiones chapados con cromo para aumentar sus cualidades de desgaste. Haciendo referencia nuevamente a la Figura 1, las varillas de conexión deben ser ligeras y, sin embargo, suficientemente fuertes para transmitir el empuje del pistón al cigüeñal. Las varillas de conexión son típicamente forjadas en gota de una aleación de acero capaz de soportar las cargas pesadas sin doblarse ni torcerse. Las perforaciones en los extremos superior (extremo pequeño) e inferior (extremo grande) de las varillas de conexión se maquinan para permitir ajuste preciso de cojinetes. El extremo superior de la varilla de conexión está conectado al pistón mediante el pasador de pistón. En el ramo anterior, la perforación superior (perforación de pasador) de la varilla de conexión tiene un cojinete sólido (buje) de bronce o material similar dispuesto en el mismo que está en contacto con el pasador de pistón. A medida que el extremo inferior de la varilla de conexión gira con el cigüeñal, el extremo superior se desplaza de un lado al otro en el pasador de pistón. Aún cuando este movimiento es ligero, en el pasado un buje se ha encontrado necesario debido a la presión y temperaturas elevadas experimentadas. Existe la necesidad en la industria de reducir al mínimo el número de componentes que comprenden las partes móviles de un motor de combustión interna, así como reducir al mínimo el número de pasos necesarios en su producción. Sería una ventaja significativa si el cojinete sólido en la perforación superior de la varilla de conexión se pudiera eliminar. En el pasado, el buje típicamente debe comprarse de una fuente exterior y luego prensarse hacia la perforación de pasador de la varilla de conexión. Adicionalmente, el diámetro interior del buje debe luego maquinarse para lograr la superficie final necesaria. Sería una ventaja definitiva eliminar la necesidad del buje y además eliminar el paso de maquinado del diámetro interior del buje. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención llena substancialmente las necesidades antes mencionadas de la industria. Proporcionando un revestimiento apropiado sobre el pasador de pistón, se elimina la 'necesidad de un buje sólido en la perforación de pasador de varilla de conexión. Esto permite que el pasador de pistón se ponga en contacto directo de superficie a superficie con la varilla de conexión y el pistón. De preferencia, el revestimiento es nitruro de cromo (Cr-Nitruro o NR-N) . El revestimiento de Cr-Nitruro se aplica de preferencia mediante deposición en vapor físico (PVD) . De preferencia una operación de pulido sin centro se puede realizar en el pasador de pistón revestido antes de la instalación. De preferencia el espesor de revestimiento es entre 1 y 10 micrones. Estas no son limitaciones conocidas del tipo de pistón con el que se puede usar el pasador de pistón revestido. Consecuentemente, el pasador de pistón revestido se puede usar con pistones de aluminio de resistencia variable así como pistones de acero. La présente invención es un pasador de pistón que incluye un cuerpo tubular que tiene un margen exterior cilindrico, el margen exterior siendo desplazablemente coincidible con un margen interior de una perforación de pasador de una varilla de conexión, el margen de la perforación de pasador teniendo una superficie formada del material que forma la varilla de conexión, la coincidencia siendo en un acoplamiento de superficie a superficie. La presente invención es además un método para formar un pasador de pistón y una combinación de pasador de pistón, varilla de conexión. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una ilustración detallada del ramo anterior de un conjunto de pistón, pasador de pistón y una varilla de conexión; ~La Figura 2 es una ilustración cortada del ramo anterior de un pistón; La Figura 3 es una ilustración del ramo anterior de un pasador de pistón parcialmente dispuesto en un pistón; La Figura 3b es una ilustración del ramo anterior de un pasador de pistón parcialmente dispuesto en un pistón; La Figura 4 es una vista en perspectiva de un pasador de pistón hecho de conformidad con la presente invención. La Figura 5 es una vista en perspectiva de una varilla de conexión hecha de conformidad con la presente invención; La Figura 6 es una ilustración cortada de una cámara de deposición para depositar el revestimiento de la presente invención; y La Figura 7 es una vista en perspectiva de una operación de pulido sin centro. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS DIBUJOS El pasador de pistón y varilla de conexión de la presente invención se muestran generalmente en 10 y 20, respectivamente, en las Figuras 4 y 5. El pasador 10 de pistón tiene un cuerpo 12 generalmente tubular. Una perforación 14 de aligeramiento se define en el cuerpo 12 concéntrica con la longitudinal del pasador 10 de pistón. Un revestimiento 16 se aplica al margen externo del cuerpo 12 tubular. El revestimiento 16 se describe con mayor detalle abajo. El revestimiento 16 cuando se aplica se convierte en el margen externo del pasador 10 de pistón. La varilla 20 de conexión, ilustrada en la Figura 5, incluye un brazo 22 de varilla alargado. Un extremo 24 grande está dispuesto en un primer extremo del brazo 22 de varilla. El extremo 24 grande está diseñado para ser acoplado giratoriamente a una articulación en el cigüeñal del motor. Un extremo 26 pequeño está dispuesto en un segundo extremo del brazo 22 de varilla. El extremo 26 pequeño tiene una perforación 28 de pasador definida a través del mismo. La perforación 28 de pasador se forma concéntrica con la longitudinal del extremo 26 pequeño. Notablemente, el margen interior de la perforación 28 de pasador no incluye un buje y se forma del mismo material que aquel que forma el resto de la estructura de la varilla 20 de conexión. Consecuentemente, el diámetro interior de la perforación 28 de pasador está en contacto directo de superficie a superficie con el revestimiento 16 del pasador 10 de pistón cuando el pasador 10 de pistón se inserta hacia la perforación 28 de pasador de la varilla 20 de conexión sin la interposición de un cojinete. El revestimiento 16 es de preferencia nitruro de cromo (Cr-N) . El revestimiento de nitruro de cromo es un revestimiento resistente al desgaste formado de preferencia en el margen exterior del cuerpo 12 tubular del pasador 10 de pistón mediante proceso de deposición de vapor físico. El revestimiento de nitruro de cromo tiene dureza elevada, excelente resistencia a la oxidación, y un bajo coeficiente de fricción. El revestimiento 16 es típicamente plata metálica en color y es similar en apariencia al acero inoxidable pulido. El revestimiento 16 de nitruro de cromo tiene excelente adhesión al pasador 10 de pistón. El revestimiento 16 se aplica típicamente en un proceso de deposición de temperatura relativamente baja. Esto permite revestir el pasador 10 de pistón sin ocasionar distorsión, permitiendo el revestimiento de tolerancia estrecha, al pistón 10 de pistón de precisión. Como se anotó arriba, el revestimiento 16 se aplica de preferencia mediante procesos de deposición de vapor físico (PVD) . El PVD cubre una clase amplia de procesos de revestimiento al vacío en donde el material se separa físicamente de una fuente mediante evaporación o chisporroteo, se transporta a través de un vacío o vacío parcial por la energía de las partículas de vapor, y se condensa como una película sobre la superficie de un substrato (el pasador 10 de pistón en este caso) . Los compuestos químicos se depositan ya sea usando un material de fuente similar, o introduciendo un gas (nitrógeno, oxígeno o hidrógenos simples) que contienen los reactivos deseados, que reaccionan con los metales de la fuente de PVD. Una esquemática de una cámara típica para impartir un revestimiento de nitruro de cromo de un substrato mediante un proceso de PVD se ilustra en la Figura 6. El proceso de deposición consiste de un número de fases: evacuación de cámara; calentamiento y limpieza del substrato, acondicionamiento del substrato; revestimiento del substrato; y enfriamiento y remoción del substrato revestido. La cámara se evacúa a fin de remover todos los posibles contaminantes y lograr la presión de operación correcta para el proceso. El substrato se calienta usando ya sea calentadores radiantes o ""bombardeo de iones" que sirve para remover la contaminación adsorbida de la superficie. La limpieza ocurre a través de una combinación de bombardeo de iones (chisporroteo) y limpieza química activada usando hidrógeno. El pasador 10 de pistón caliente (típicamente entre 200°C y 450°C) se "acondiciona" haciendo correr las fuentes de evaporación durante un tiempo corto mientras que se aplica un voltaje elevado (alrededor de 1000 voltios) al pasador 10 de pistón. El proceso produce una capa mixta en la superficie que conduce a adhesión mejorada del revestimiento 16. El revestimiento se toma conectando todas las fuentes de evaporación, reduciendo el voltaje a alrededor de 200 voltios y admitiendo los gases necesarios para producir el compuesto requerido. Debido a que el pasador 10 de pistón está calienta al final del ciclo de revestimiento, es necesario permitir que el pasador 10 de pistón se enfría a menos de alrededor de 200°C antes de remover el pasador 10 de pistón de la cámara para evitar decoloración de cualesquiera áreas no revestidas. En la modalidad preferida, el revestimiento 16 de nitruro de cromo se aplica al pasador 10 de pistón a un espesor de entre 1 y 10 micrones y es de preferencia de aproximadamente 5 micrones . Después de que el revestimiento 16 se aplica al pasador 10 de pistón, el pasador 10 de pistón de preferencia se somete a una porción de pulido sin centro. En una operación de pulido sin centro, el pasador 10 de pistón está sustentado entre ruedas de -pulido contra giratorias, como se ilustra en la Figura 7. Dicho pulido imparte un acabado cerca de espejo al margen exterior del revestimiento 16. Mientras que un número de las modalidades actualmente preferidas de la invención se ha descrito, se debe apreciar que los principios inventivos se pueden aplicar a otras modalidades que quedan dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1.- Un pasador de pistón, que comprende: un cuerpo tubular que tiene un margen exterior cilindrico, el margen exterior siendo desplazablemente coincidible con un margen interior de una perforación de pasador de una varilla de conexión, el margen de la perforación de pasador teniendo una superficie formada del material que forma la varilla de conexión, la coincidencia siendo en un acoplamiento de superficie a superficie.
2.- El pasador de pistón de conformidad con la reivindicación 1, que tiene un revestimiento de nitruro de cromo dispuesto sobre el cuerpo tubular, el revestimiento comprendiendo el margen exterior cilindrico de pasador de pistón.
3.- El pasador de pistón de conformidad con la reivindicación 2, el revestimiento de nitruro de cromo siendo depositado mediante deposición de vapor físico.
4.- El pasador de pistón de conformidad con la reivindicación 2, el revestimiento de nitruro de cromo siendo depositado a una profundidad de entre 1 y 10 micrones.
5.- El pasador de pistón de conformidad con la reivindicación 4, el revestimiento de nitruro de cromo siendo depositado a una profundidad de substancialmente 5 micrones .
6.- El pasador de pistón de conformidad con la reivindicación 2, el revestimiento de nitruro de cromo siendo pulido después de la deposición.
7.- El pasador de pistón de conformidad con la reivindicación 6, el revestimiento de nitruro de cromo siendo pulido en una operación de pulido sin centro.
8.- Una combinación de pasador de pistón, varilla de conexión, que comprende: un pasador de pistón que tiene un cuerpo tubular, el cuerpo tubular teniendo un margen exterior cilindrico, el margen exterior siendo desplazablemente coincidible con un margen interior de una perforación de pasador de la varilla de conexión; y la varilla de conexión estando formada de un cierto material, el margen interno de la perforación de pasador teniendo una superficie formada de un cierto material que forma la varilla de conexión, la coincidencia con el pasador de pistón siendo un acoplamiento de superficie a superficie.
9.- Una combinación de pasador de pistón, varilla de conexión de conformidad con la reivindicación 8, el pasador de pistón teniendo un revestimiento de nitruro de cromo dispuesto sobre el cuerpo tubular, el revestimiento comprendiendo el margen exterior cilindrico de pasador.
10.- La combinación de pasador de pistón, varilla de conexión de conformidad con la reivindicación 9, el revestimiento de nitruro de cromo siendo depositado mediante deposición de vapor físico.
11.- La combinación de pasador de pistón, varilla de conexión de conformidad con la reivindicación 9, el revestimiento de nitruro de cromo siendo depositado a una profundidad de entre 1 y 10 micrones.
12.- La combinación de pasador de pistón, varilla de conexión de conformidad con la reivindicación 11, el revestimiento de nitruro de cromo siendo depositado a una profundidad de substancialmente 5 micrones .
13.- La combinación de pasador de pistón, varilla de conexión de conformidad con la reivindicación 2, el revestimiento de nitruro de cromo siendo pulido después de la deposición.
14.- La combinación de pasador de pistón, varilla de conexión de conformidad con la reivindicación 13, el revestimiento de nitruro de cromo siendo pulido en una operación de pulido sin centro.
15.- Un método para formar un pasador de pistón, que comprende: formar un cuerpo tubular que tiene un margen exterior cilindrico, el margen exterior coincidiendo desplazablemente el margen exterior con un margen interior de una perforación de pasador de una varilla de conexión; formar la varilla de conexión de un cierto material; formar el margen superficial de la perforación de pasador de un cierto material empleado al formar la varilla de conexión; y hacer coincidir el margen exterior del pasador de pistón con el margen interior de la perforación de pasador en un acoplamiento de superficie a superficie.
16.- El método de conformidad con la reivindicación 15, que incluye disponer un revestimiento de nitruro de cromo en el cuerpo tubular, el revestimiento comprendiendo el margen exterior cilindrico del pasador.
17.- El método de conformidad con la reivindicación 16, que incluye depositar el revestimiento de nitruro de cromo mediante deposición de vapor físico.
18.- El método de conformidad con la reivindicación 16, que incluye depositar el revestimiento de nitruro de cromo a una profundidad de entre 1 y 10 micrones.
19.- El método de conformidad con la reivindicación 16, que incluye depositar el revestimiento de nitruro de cromo a una profundidad de substancialmente 5 micrones.
20.- El método de conformidad con la reivindicación 16, que incluye pulir el revestimiento de nitruro de cromo después de la deposición.
21.- El método de conformidad con la reivindicación 20, que incluye pulir el revestimiento de nitruro de cromo en una operación de pulido sin centro.