PT2122211E

PT2122211E - Segmento de êmbolo

Info

Publication number: PT2122211E
Application number: PT87067989T
Authority: PT
Inventors: Hans-Rainer Brillert; Johannes Esser
Original assignee: Federal Mogul Burscheid Gmbh
Priority date: 2007-02-17
Filing date: 2008-01-24
Publication date: 2013-05-29
Also published as: JP5291635B2; JP2010518340A; EP2122211A1; WO2008098544A1; EP2122211B1; US8235393B2; US20100019457A1; DE102007007965A1; DE102007007965B4

Description

DESCRIÇÃO "SEGMENTO DE ÊMBOLO" A presente invenção refere-se a um segmento de êmbolo de acordo com a parte constituinte genérica da primeira reivindicação.

Do documento DE 10359802 B3 deve ser deduzido um segmento de êmbolo, bem como um processo para o fabrico do mesmo. O segmento de êmbolo compreende uma superfície de rolamento provida de um perfil de superfície de rolamento, bem como uma superfície de flanco superior e uma inferior, sendo que pelo menos a superfície de rolamento está provida de uma camada metalizada por vácuo, de tal maneira que uma zona parcial da superfície de rolamento está provida de uma cobertura que pode ser removida, de modo que, após a produção da camada metalizada por vácuo e remoção da cobertura resulta uma aresta de rolamento, no essencial em aresta viva, entre a superfície de rolamento e pelo menos uma das superfícies dos flancos. O documento US 4106782 divulga um segmento de êmbolo revestido com material cerâmico para um motor de combustão interna. A superfície periférica exterior do segmento de êmbolo começa por ser provida de um rebaixo. A superfície de rolamento, incluindo o rebaixo, é revestida em seguida com um revestimento de níquel-aluminite, através de pulverização. Na sequência disso, sobre esta primeira camada é aplicada uma segunda camada cerâmica. Para a produção de uma forma definida de superfície de 1 rolamento, a superfície de rolamento é mecanizada, de maneira a permanecer no interior do rebaixo exclusivamente material de revestimento, enquanto as restantes zonas da superfície de rolamento correspondem ao material de base do segmento de êmbolo.

Através do documento EP 1132663 A2 foi tornado conhecido um segmento de êmbolo com uma camada de protecção contra o desgaste, que foi aplicada de acordo com o processo de PVD ou CVD. A camada de protecção contra o desgaste é constituída, no essencial, pelos elementos titânio, boro e nitrogénio, sendo que a espessura da camada alcança no máximo 100 pm. O teor de Ti situa-se entre 50 e 60% de átomos, o teor de nitrogénio situa-se entre 20 e 50% de átomos e o teor de boro situa-se entre 1 e 30% de átomos.

Para a obtenção de um bom consumo de óleo e comportamento de blowby, é necessário que a aresta inferior, na transição da superfície de rolamento do segmento para o flanco do segmento, seja realizada o mais possível em aresta viva. No caso de segmentos de êmbolo revestidos, estes requisitos, dependentes da espessura da camada da superfície de rolamento, apresentam-se como cada vez mais difíceis.

As soluções conhecidas para este problema são segmentos unilaterais e com rebaixo completo, nos quais a camada está aplicada apenas na zona média a superior ou apenas na zona média da superfície de rolamento. A aresta decisiva é formada pelo material de base e pode ser, deste modo, apresentar-se completamente em aresta viva.

Cabe à invenção o objectivo de aperfeiçoar a partir daí o estado da técnica, de modo que, mantendo uma aresta inferior o mais possível em aresta viva no segmento de êmbolo, possa ser 2 aplicada uma camada de superfície de rolamento de espessura reduzida, para garantir desta maneira uma segurança acrescida contra a ruptura nesta zona.

Este objectivo é resolvido por a totalidade da superfície de rolamento estar provida de pelo menos uma camada de PVD, de maneira que a zona da superfície de rolamento contida no rebaixo está apenas parcialmente preenchida, facto pelo qual estão formadas zonas de suporte salientes nos bordos da superfície de rolamento e o rebaixo forma um reservatório para óleo lubrificante na condição de funcionamento, sendo que a respectiva zona do bordo está provida de uma espessura de camada que é reduzida, em relação à espessura de camada do rebaixo, em função da configuração do rebaixo.

Alguns aperfeiçoamentos vantajosos do objecto da invenção devem ser deduzidos das respectivas reivindicações dependentes.

No caso do revestimento de PVD (Physical Vapour Deposition) trata-se de um processo no qual o revestimento da superfície de rolamento do segmento de êmbolo se verifica através da precipitação a partir da fase de vapor. 0 material de revestimento a precipitar apresenta-se, neste caso, como fluxo de partículas ionizadas.

De acordo com a invenção, é proposta uma forma especial de realização de segmentos de êmbolo providos de rebaixo, na qual o rebaixo não é preenchido completamente com os materiais convencionais de resistência ao desgaste, mas é aplicada exclusivamente uma camada de PVD, por exemplo, à base de nitretos, por exemplo CrN e/ou CrON, sobre a superfície de rolamento (incluindo o rebaixo). 3

Em função da elevada resistência ao desgaste destas camadas de PVD, é possível preencher o rebaixo apenas até uma altura de cerca de 10 a 50 μιη. A camada de PVD inicialmente uniforme, ou seja, com a mesma espessura de camada aplicada sobre a totalidade da superfície de rolamento, é agora rectificada fora do rebaixo num valor definido, por exemplo para uma espessura residual de camada de 1 a 10 pm. Através desta medida a zona da superfície de rolamento contida no rebaixo reduz-se radialmente agora num valor reduzido. Por esta razão o revestimento de PVD do rebaixo não entra em contacto com a parede do cilindro, durante um certo período inicial e o espaço livre forma um reservatório para óleo lubrificante. É de especial vantagem se a camada de PVD é formada à base de nitretos dos elementos do grupo IV b a VI b da classificação periódica dos elementos. Isto pode verificar-se, em alternativa, com adição dos seguintes elementos, individuais ou em combinação: Al, Si, C, 0.

Em função das zonas salientes estreitas, ou seja, de suporte, nos bordos da superfície de rolamento, o segmento de êmbolo actua em cooperação com a parede do cilindro, durante um determinado período inicial, com pressão superficial nitidamente mais elevada, de modo que o consumo de óleo pode ser diminuído nesta fase. Só após a conclusão da fase inicial e a remoção completa da camada nas zonas do bordo inicialmente salientes, bem como a adaptação ideal da forma da superfície de rolamento à parede do cilindro é que a zona da superfície de rolamento contida no rebaixo e provida da camada de PVD entra em contacto com a parede do cilindro. 4 0 objecto da invenção está representado no desenho, com base num exemplo de realização e é descrito como se segue. Mostram:

Figura 1 segmento de êmbolo provido de rebaixo, com um revestimento da superfície de rolamento; Figura 2 segmento de êmbolo de acordo com a figura 1, após a sua mecanizaçao de acabamento; Figura 3 segmento de êmbolo de acordo com a figura 1, após o seu comportamento inicial. A figura 1 mostra um segmento 1 de êmbolo em corte transversal, com um corpo 2 de base, que apresenta uma superfície 3 de rolamento, uma superfície 4 de flanco superior e uma superfície 5 de flanco inferior, bem como uma superfície 6 interior periférica. Na zona da superfície 3 de rolamento está produzido um rebaixo 7. A superfície 3 de rolamento, incluindo o rebaixo 7, está provida de uma camada 8 de cobertura de PVD, neste exemplo à base de CrN. Em função da caracterí stica de precipitação das camadas de PVD, a camada 8 de cobertura reproduz exactamente o contorno da superfície 3 de rolamento e do rebaixo 7 que se situam por baixo. É reconhecível que o rebaixo 7 está preenchido apenas parcialmente com a camada 8 de PVD. A espessura a da camada 8 de cobertura de PVD é assim idêntica, quer nas zonas 8, 9 do bordo, quer também no interior do rebaixo 7. Tem neste exemplo uma espessura de 40 pm. A figura 2 mostra o segmento de êmbolo 1 de acordo com a figura 1, após a sua situação de acabamento. A espessura a de camada reconhecível na figura 1, vista através da totalidade da superfície 3 de rolamento e do rebaixo 7, foi alterada de 5 maneira que, através de rectificação das zonas 9, 10 do bordo, se obtém uma espessura b de camada reduzida em relação à espessura a de camada do rebaixo 7. Uma vez que o rebaixo 7 está preenchido apenas parcialmente, mantém-se aqui para a condição de mecanização um reservatório para óleo lubrificante. Neste exemplo a espessura de camada original de 40 pm nas zonas 9, 10 do bordo, representada na figura 1, deve ser rectificada para 10 pm. A figura 3 mostra a condição de mecanização do segmento 1 de êmbolo e, nomeadamente, após a sua fase inicial. As zonas 9, 10 do bordo reconhecíveis na figura 2 estão agora removidas, de modo que, após a adaptação ideal da forma da superfície 3 de rolamento a uma parede de cilindro, não representada em pormenor, a camada 8 média de cobertura de PVD fica agora encostada à parede de cilindro.

Lisboa, 23 de Maio de 2013 6

Claims

REIVINDICAÇÕES 1. Segmento de êmbolo, com um corpo de base, que apresenta uma superfície (3) de rolamento, provida de pelo menos um rebaixo (7) preenchido com uma camada de resistência ao desgaste, uma superfície (4) de flanco superior e uma superfície (5) de flanco inferior, bem como uma superfície (6) periférica interior, caracterizado por a totalidade da superfície (3) de rolamento estar provida de pelo menos uma camada (8) de PVD, de maneira que a zona da superfície (3) de rolamento contida no rebaixo está apenas parcialmente preenchida, facto pelo qual estão formadas zonas de suporte salientes nos bordos da superfície (3) de rolamento e o rebaixo (7) forma um reservatório para óleo lubrificante na condição de funcionamento, sendo que a respectiva zona (9, 10) do bordo está provida de uma espessura (b) de camada que é reduzida, em relaçao à espessura (a) de camada do rebaixo (7), em função da configuração do rebaixo (7).
2. Segmento de êmbolo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a camada (8) de PVD apresentar do lado do rebaixo uma espessura (a) de camada de 10 a 50 pm e, do lado das zonas (9, 10) do bordo, uma espessura (b) de camada de 1 a 10 pm.
3. Segmento de êmbolo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a camada (8) de PVD estar realizada à base de CrN, CrON. 1
4. Segmento de êmbolo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a camada (8) de PVD ser constituída à base de nitretos dos elementos dos grupos IV b a VI b da classificação periódica dos elementos, com ou sem adição de AI e/ou Si e/ou C e/ou 0. Lisboa, 23 de Maio de 2013 2