PISTÓN PARA UN MOTOR DE COMBUSTIÓN INTERNA Y PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR UN PISTÓN DE ESTE TIPO.

Un pistón para un motor de combustión interna constituido por una primera parte y una segunda parte,

formando una de las dos partes la cabeza (4, 5, 6, 44) del pistón y formando la otra parte la falda (7, 8, 9, 46) del pistón y estando configurada en el pistón (1, 2, 3, 40) una cámara (20, 21, 22, 41, 42) de enfriamiento que está delimitada por material de la primera parte y por material de la segunda parte, estando unidas las dos partes entre sí positiva y no positivamente mediante un encastre a presión formado por una prolongación (28, 29; 34, 35; 38, 39; 48, 49; 47, 50) de la segunda parte, encajando la prolongación (28, 29; 34, 35; 38, 39; 47, 48) con un entrante (24, 26; 31, 32; 36, 37; 46, 49, 50) en la primera parte, caracterizado porque un primer encastre a presión está formado en la zona de la pared del pistón (27, 27') que forman la delimitación externa de la cámara (20, 21, 22, 41, 42) de enfriamiento, porque un segundo encastre a presión está formado en una zona (13) del pistón dispuesta centralmente y porque la cámara (20, 21, 22, 41, 42) de enfriamiento está guiada alrededor de la zona central (13) en la que se produce el segundo encastre a presión

La presente invención versa acerca de un pistón que tiene una cámara de enfriamiento para un motor de combustión interna, pistón que está constituido por dos partes producidas de antemano, y acerca de un procedimiento para fabricar un pistón de este tipo.

Los pistones para motores de combustión interna se fabrican convencionalmente mediante procedimientos de moldeo o de forja. La producción mediante moldeo tiene la ventaja de permitir la fabricación de pistones ligeros de forma compleja. Sin embargo, hay que contemplar costes de producción considerables. Esto ocurre especialmente si debe usarse un material de acero como material para la fabricación de pistones de resistencia particularmente elevada.

Dependiendo de su tamaño y de la aplicación deseada, los pistones forjados fabricados de acero pueden ser a la vez de construcción en una parte y consistir en dos partes o más. En el caso de los pistones de múltiples partes, compuestos de dos partes o más, las partes individuales se unen convencionalmente entre sí no positivamente, de una forma que une los materiales, o positivamente, mediante procedimientos adecuados de unión de tal manera que soporten las fuerzas que actúan sobre ellos en el uso práctico.

Específicamente, en el caso de motores diésel sometidos a grandes esfuerzos o los motores encendidos por chispa fuertemente cargados, las cabezas de los pistones insertados en el respectivo motor de combustión interna se ven expuestas a cargas térmicas considerables. Para contrarrestar el peligro que emana de estas cargas, hace tiempo que se conoce la introducción en los pistones de este tipo de al menos una cámara de enfriamiento formada como un canal de enfriamiento. El canal de enfriamiento puede estar conectado a la atmósfera presente en la cámara del cigüeñal del respectivo motor para que pase aire a través del mismo durante el funcionamiento. Para mejorar la efectividad de este enfriamiento, también se conoce la integración del canal de enfriamiento de un pistón en el sistema de circulación de aceite del respectivo motor de combustión interna.

En el documento EP 0 787 898 A1 se describe un primer ejemplo de un gran número de pistones de este tipo. Este pistón está compuesto de una parte de cabeza del pistón y una parte de falda del pistón. La parte de la falda del pistón consiste, en este caso, en una parte intermedia, que forma el cojinete para que el bulón de la biela se una al pistón, y de una parte exterior que forma la falda del pistón propiamente dicha.

En el pistón conocido, se forma, en la cara inferior, asociado con la parte de la falda del pistón, de la parte de la cabeza del pistón, un entrante, formado también a manera de surco y rodeando la zona del borde exterior de la parte de la cabeza del pistón. De manera correspondiente, está formado en la cara superior un entrante, formado también a manera de surco y rodeando la zona del borde exterior de la parte de la falda del pistón, asociado con la parte de la falda del pistón, de la parte de la falda del pistón. Cuando el pistón está montado completamente, los dos entrantes forman conjuntamente un canal de enfriamiento periférico cerrado que está delimitado en su zona superior por material de la parte de la cabeza del pistón y en su zona inferior por material de la parte de la falda del pistón. En este caso, el canal de enfriamiento así formado está conectado con el cojinete para la biela, formado integralmente con la parte de la falda del pistón, a través de un agujero guiado a través de la parte de la falda del pistón, de modo que, durante el funcionamiento, el aceite transportado al cojinete de la biela pueda fluir al canal de enfriamiento y descargar el calor presente en el mismo.

En el caso del pistón conocido anteriormente descrito, la falda del pistón y partes de la cabeza del pistón, que están producidas de antemano por separado las unas de las otras, se conectan usando una pluralidad de tornillos que se atornillan desde la cara superior de la parte de la cabeza del pistón en la parte de la falda del pistón.

Aunque la construcción en partes múltiples del pistón conocido permite que el canal de enfriamiento sea fabricado de manera simple, el montaje del pistón en particular es complejo. La inevitable disposición de las cabezas de los tornillos de unión en la cavidad de combustión de la parte de la cabeza del pistón también restringe la libertad del diseño de un pistón de este tipo.

En el documento WO 00/04286 se describe otro pistón, compuesto de una pluralidad de partes, con un canal de enfriamiento. Este pistón conocido también consiste en una parte de cabeza del pistón y una parte de falda del pistón. En este caso, a diferencia del pistón descrito en el documento EP 0 787 898 A1, la parte de la cabeza del pistón está compuesta de una parte superior y una parte inferior que recibe el cojinete para el bulón de la biela. En este caso, la parte inferior porta, además, la parte de la falda del pistón a modo de camisa. Hay formados entrantes con formas correspondientes en los lados mutuamente asociados de las partes superior e inferior de la cabeza del pistón. Cuando el pistón está montado completamente, los entrantes forman conjuntamente un canal de enfriamiento que está delimitado en su cara inferior por material de la parte inferior de la cabeza del pistón y en su cara superior por material de la parte superior de la cabeza del pistón. El canal de enfriamiento puede estar conectado con un suministro de aceite por medio de un agujero y una abertura.

En el pistón conocido por el documento WO 00/04286, la conexión entre las partes individuales del pistón se produce mediante soldadura por frotamiento, como consecuencia de lo cual las partes individuales están conectadas entre sí permanentemente de manera rígida de una forma que une los materiales. Este tipo de conexión no solo presupone una configuración específica de las caras puestas en contacto entre sí para la soldadura, sino que también restringe la elección de materiales de los que está compuesto el pistón. Así, en el caso del pistón conocido por el documento WO 00/04286, no es posible, en particular, fabricar la parte superior de la cabeza del pistón, que, en la práctica, está sometida a cargas elevadas, de un material de acero y la parte inferior de la cabeza del pistón, que está sometida a cargas menos elevadas, de un material ligero para ahorrar peso.

El documento DE 103 07 908 A1 describe una posibilidad adicional para conectar dos partes de un pistón para un motor de combustión interna. En esta técnica anterior, el pistón tiene una parte de falda del pistón, la porción de la camisa llega hasta la cara superior del pistón, de modo que los surcos para recibir los segmentos del pistón pueden estar formados en la porción superior de la parte de la falda del pistón. En su extremo superior, la parte de la falda del pistón rodea una abertura en la que, como parte de la cabeza del pistón, está formada una plancha o una parte a modo de tapón de la cabeza del pistón. En este caso, el diámetro externo de la parte de la cabeza del pistón y el diámetro interno de la abertura en la parte de la falda del pistón están adaptados mutuamente adaptados, de tal modo que la parte de la cabeza del pistón esté sujeta en la abertura en un encastre a presión. A la vez, la cara inferior de la parte de la cabeza del pistón descansa en material de la parte de la falda del pistón, de modo que la parte de la cabeza del pistón se apoya contra la parte de la falda del pistón en contra de las fuerzas motrices que actúan sobre ella durante el funcionamiento práctico. Además, unos tornillos garantizan que la parte de la cabeza del pistón esté fijada en la parte de la falda del pistón.

Aunque el pistón descrito en el documento DE 103 07 908 A1 está concebido para motores de dos tiempos de alta velocidad, no se proporciona ningún canal de enfriamiento en el pistón conocido. En vez de ello, la capacidad de carga del pistón conocido debe adaptarse, mediante la elección de materiales adecuados, a las cargas resultantes durante el uso práctico.

Se conoce un ejemplo adicional de un pistón de partes múltiples para un motor de combustión interna por el documento DE 102 44 513 A1. Este pistón tiene, en primer lugar, una parte de cabeza del pistón que está forjada de acero y en la cual se forman una cavidad de combustión, una pared anular y un canal de enfriamiento con forma a modo de estría. En segundo lugar, el pistón tiene una parte de falda del pistón que porta una parte de la cabeza del pistón y en la cual están formados... [Seguir leyendo]

1. Un pistón para un motor de combustión interna constituido por una primera parte y una segunda parte, formando una de las dos partes la cabeza (4, 5, 6, 44) del pistón y formando la otra parte la falda (7, 8, 9, 46) del pistón y estando configurada en el pistón (1, 2, 3, 40) una cámara (20, 21, 22, 41, 42) de enfriamiento que está delimitada por material de la primera parte y por material de la segunda parte, estando unidas las dos partes entre sí positiva y no positivamente mediante un encastre a presión formado por una prolongación (28, 29; 34, 35; 38, 39; 48, 49; 47, 50) de la segunda parte, encajando la prolongación (28, 29; 34, 35; 38, 39; 47, 48) con un entrante (24, 26; 31, 32; 36, 37; 46, 49, 50) en la primera parte,

caracterizado porque un primer encastre a presión está formado en la zona de la pared del pistón (27, 27') que forman la delimitación externa de la cámara (20, 21, 22, 41, 42) de enfriamiento, porque un segundo encastre a presión está formado en una zona (13) del pistón dispuesta centralmente y porque la cámara (20, 21, 22, 41, 42) de enfriamiento está guiada alrededor de la zona central (13) en la que se produce el segundo encastre a presión.

2. Un pistón según la reivindicación 1

caracterizado porque hay formado en el lateral de la parte que está asociada con la otra parte, como un entrante, un surco periférico (31) en el que, como una prolongación, un reborde periférico (34) similar de la segunda parte se mantiene positiva y no positivamente en un encastre a presión.

3. Un pistón según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque hay formado en la zona del entrante (32) en una parte un rebaje (H) con el cual engrana un elemento moldeado correspondiente de la prolongación (35) de la segunda parte.

4. Un pistón según la reivindicación 3 caracterizado porque el rebaje (H) formado en la zona del entrante (32) de la primera parte tiene una cara

(33) de contacto para el elemento moldeado de la prolongación (35) formado de manera complementaria, cara de contacto que está inclinada en >0°a 5°con resp ecto a la dirección en la que la prolongación está guiada en el encastre de la primera parte en la segunda parte.

5. Un pistón según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque el entrante en una parte está configurado como un reborde periférico (26) con el cual engrana un reborde (29) conformado correspondientemente de la segunda parte como una prolongación para producir el encastre a presión.

6. Un pistón según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque está configurado una abertura (23) de cojinete para un cojinete de biela en la parte que forma la falda (7) del pistón.

7. Un pistón según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes

caracterizado porque la parte que forma la cabeza del pistón está fabricada en acero y la otra parte está fabricada de un metal ligero.

8. Un pistón según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes caracterizado porque la cámara de enfriamiento está formada como un canal de enfriamiento.

9. Un procedimiento para fabricar un pistón compuesto, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, de dos partes para un motor de combustión interna,

− en el cual la primera parte (4, 5, 6, 44) es producida de antemano y, en esta producción previa, se forman entrantes (24, 31, 32, 36, 37) en la primera parte,

− en el cual la segunda parte es producida de antemano y en esta segunda parte están configuradas prolongaciones (28, 29, 34, 35, 39),

− en el que las dimensiones de los entrantes (24, 31, 32, 36, 37) en una parte y de las prolongaciones (28, 29, 34, 35, 39) de la otra parte están mutuamente adaptadas de tal modo que pueden unirse entre sí a temperatura ambiente únicamente por medio de un encastre a presión,

− produciendo una diferencia de temperatura entre las partes primera y segunda, de tal modo que al menos una de las partes cambia su forma, como consecuencia del cambio en su temperatura que acompaña la producción de la diferencia de temperatura, de tal modo que la prolongación de una parte puede encastrarse sustancialmente sin fuerza en el entrante de la otra parte,

− encastrando las prolongaciones de una parte en los entrantes de la otra parte, e

− igualando la temperatura de una parte y la temperatura de la otra parte, para que las dos partes estén 5 unidas entre sí positivamente y/o no positivamente por medio del emparejamiento “entrante en una parte (24, 31, 32, 36, 37)”/“prolongación de la otra parte (28, 29, 34, 35, 39)”.

10. Un procedimiento según la reivindicación 9 caracterizado porque la primera parte dotada de los entrantes (24, 31, 32, 36, 37) es calentada para producir

la diferencia de temperatura. 10