A presente invenção refere-se a um anel de controle de óleo em peça única que apresenta valores de força tangencial baixos, mesmos nos instantes ini- ciais de funcionamento do motor, mantendo o consumo de óleo reduzido. Devido aos valores de força tangencial baixos, o presente anel proporciona uma redução no consumo de combustível considerável, tornando sua aplicação vantajosa nos motores novos e também como produto aftermarket. Descrição do estado da técnica

Os motores de combustão interna são mecanismos transformadores de e- nergia utilizados pela imensa maioria dos veículos automotores, e compreendem basicamente duas partes principais: um ou mais cabeçotes e o bloco do motor. Na base do(s) cabeçote(s) estão localizadas as câmaras de combustão (em motores a Diesel em geral as câmaras de combustão estão nas cabeças dos pistões) e no bloco do motor estão localizados os cilindros e o conjunto da árvore de manivelas ou conjunto do virabrequim. O conjunto da árvore de manivelas é composto por pistões, bielas e pelo virabrequim.

O motor converte a energia produzida pela combustão da mistura (combustível e ar) nas câmaras de combustão, em energia mecânica capaz de im- primir movimento às rodas.

Como a força motriz necessária para movimentar o automóvel provém da queima da mistura ar/combustível na câmara de combustão, e a fim de assegurar uma combustão homogénea e sem queima de óleo e ainda evitar a passagem em demasia de gases do cilindro para o cárter, faz-se necessária a utilização de anéis para prover uma boa vedação da folga existente entre o pistão e a parede do cilindro.

Na grande maioria dos motores de combustão interna atuais que operam segundo os ciclos Otto e Diesel utiliza-se três anéis, sendo dois anéis de compressão e um anel de controle (raspador) de óleo. Os anéis de com- pressão têm a função de impedir a passagem dos gases da combustão para o interior do cárter e o anel de óleo tem a função de raspar o excesso de ó- leo da parede do cilindro e devolvê-lo ao cárter, controlando a espessura do filme de óleo para que o funcionamento do motor ocorra dentro das premissas de projeto e operação.

Outra função importante dos anéis é servir de ponte de transmissão de calor desde o pistão até a parede do cilindro/camisa onde ocorre a dissipação de caloria através do sistema de arrefecimento.

Os anéis raspadores de óleo podem ser compostos por uma, duas ou de três peças.

Os anéis raspadores de duas ou três peças são utilizados na vasta maioria das aplicações, devido ao seu bom desempenho global.

O anel de duas peças compreende um corpo anelar dotado de duas proje- ções anelares trapezoidais que faceiam a camisa do cilindro e um elemento expansor, também anelar, interno e concêntrico.

O anel de três peças, por sua vez, como regra geral possui um primeiro segmento anelar superior e um segundo segmento anelar inferior associa- dos a um elemento intermediário, expansor, que pressiona de maneira controlada os segmentos superior e inferior de encontro à parede do cilindro. A força exercida pelo elemento expansor, que nada mais é do que um elemento resiliente, é calculada para que o filme de óleo na parede do cilindro a- presente a espessura desejada.

O anel em peça única, por sua vez, tem uma aplicação mais restrita devido ao fato de apresentar uma grande flexibilidade inerente ao seu desenho a qual, se por um lado confere excelente conformabilidade ao anel quando em funcionamento, amoldando-se facilmente, de outro torna mais difícil o seu acabamento superficial, obrigando a que o anel aplique uma grande força tangencial de encontro à parede do cilindro para garantir que, durante o amaciamento do motor, ele termine por se acomodar à camisa.

Essa força tangencial elevada acarreta um consumo de combustível elevado pelo motor, ainda mais durante a operação de amaciamento, o que torna a solução do anel em peça única largamente preterido em relação aos equiva- lentes em duas ou três peças.

Até o presente momento, não havia sido desenvolvido um anel raspador de óleo em peça única que conseguisse conformar-se com facilidade ao cilin- dro devido à sua flexibilidade e, concomitantemente, aplicar um a baixa força tangencial mesmo durante o amaciamento do motor, garantindo a espessura correta do filme de óleo e diminuindo o consumo de combustível do motor e emissão de C02.

Objetivos da invenção

A presente invenção tem por objetivo um anel raspador de óleo em peça Cínica que tenha as antagónicas propriedades de conformar-se com facilidade ao cilindro devido à sua flexibilidade e, concomitantemente, aplicar uma baixa força tangencial mesmo durante o amaciamento do motor, garantindo a espessura correta do filme de óleo e diminuindo de maneira não desprezível o consumo de combustível do motor e a emissão de CO2.

Breve descrição da invenção

Os objetivos da presente invenção são alcançados por um anel de controle de óleo em peça única para montagem no canalete de um pistão, compre- endendo um corpo definindo pelo menos por uma porção superior e uma porção inferior voltadas para a parede do cilindro de um motor de combustão interna, cada qual definindo uma primeira superfície substancialmente perpendicular ao corpo a partir da qual se projeta uma segunda superfície substancialmente inclinada, a segunda superfície, a primeira superfície defi- nindo uma primeira área de contato com a parede do cilindro, sendo que pelo menos 95% da primeira área contata a parede do cilindro na montagem inicial do motor.

Também, os objetivos da presente invenção são alcançados por um anel de controle de óleo em peça única para montagem no canalete de um pistão, compreendendo um corpo definindo pelo menos uma porção superior e uma porção inferior voltadas para a parede do cilindro de um motor de combustão interna, cada qual definindo uma primeira superfície substancialmente perpendicular ao corpo a partir da qual se projeta uma segunda superfície substancialmente inclinada, a segunda superfície definindo um ângulo (a) tomado a partir do prolongamento da primeira superfície, o anel sendo caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das porções superior ou inferi- or apresenta uma primeira superfície cuja altura é inferior a 0,15 milímetros; e, o ângulo (a) é um ângulo agudo igual ou superior a 30°.

Descrição resumida dos desenhos

A presente invenção será, a seguir, mais detalhadamente descrita com base em um exemplo de execução representado nos desenhos. As figuras mostram:

Figura 1 - é uma vista em perspectiva do anel raspador de óleo em peça Cínica objeto da presente invenção.

Figura 2 - é uma primeira vista esquemática em corte com ampliação da a- resta superior circunferencial externa do anel raspador de óleo em peça única objeto da presente invenção.

Figura 3 - é uma segunda vista esquemática em corte com ampliação da a- resta superior circunferencial externa do anel raspador de óleo em peça única objeto da presente invenção.

Figura 4 - é uma terceira vista esquemática em corte com ampliação da a- resta superior circunferencial externa do anel raspador de óleo em peça única objeto da presente invenção.

Figura 5 - é um gráfico comparativo do consumo de óleo e da força tangencial (tensão) aplicada por anéis raspadores de óleo de duas ou três peças pertencentes ao estado da técnica em comparação com o anel raspador de óleo em peça única objeto da presente invenção.

Figura 6 - é uma figura esquemática de um pistão indicando-se sua altura de compressão (KH).

Descrição detalhada das figuras

De acordo com uma concretização preferencial e como pode ser visto a partir da figura 1 , o anel raspador de óleo em peça única 1 objeto da presente invenção compreende um corpo dotado de uma pluralidade de segmentos S operativamente associados, cada qual tendo um grau de liberdade de movimentação em relação ao outro, o que confere ao anel 1 uma grande flexi- bilidade e por consequência uma grande capacidade de se adaptar/amoldar ao formato do cilindro, com isso garantindo a manutenção de um filme de óleo adequado nas mais diversas situações de operação do motor. Cumpre inicialmente notar que o funcionamento do motor gera uma grande quantidade de calor, decorrente sobretudo da explosão da mistura ar- combustível na porção do cilindro próxima ao cabeçote. Naquela região, a temperatura é muito superior à apresentada pelo cilindro à medida que se afasta dela. Essa característica de temperaturas diversas na parede do cilindro enseja uma série de deformações causadas por diferentes valores de dilatação térmica, situação na qual a grande capacidade de conformabilida- de do anel raspador de óleo de peça única é vantajosa.

De outro lado, a grande inovação e vantagem competitiva do presente anel 1 reside no fato de ele não apresentar as desvantagens dos similares em uso atualmente, que são a dificuldade de se efetuar operações de acabamento superficial e a alta força tangencial durante o período de amaciamen- to do motor, que acarreta aumento no consumo de combustível.

O corpo, que é formado pela pluralidade de segmentos S, define pelo me- nos uma porção superior 2 e uma porção inferior 2' voltadas para a parede do cilindro C de um motor de combustão interna quando o anel 1 está montado no canalete do pistão. As porções superior e inferior 2,2' correspondem às extremidades livres do "C" que correspondem ao formato de sua seção transversal.

Evidentemente, a geometria específica do anel 1 pode variar ligeiramente de acordo com o tipo de motor para o qual foi desenvolvido, contanto que algumas premissas de projeto, a serem comentadas abaixo, sejam observadas. Assim, qualquer que seja a geometria específica das porções superior e inferior 2,2', cada uma delas define uma primeira superfície 4 substancial- mente perpendicular ao corpo (vide em especial a figura 2) a partir da qual se projeta uma segunda superfície 5 substancialmente inclinada, de maneira que a segunda superfície 5 define um ângulo α tomado a partir do prolongamento da primeira superfície 4.

Como resultado dessa geometria construtiva das porções superior e inferior 2,2', a primeira superfície 4 define uma primeira área de contato A1 com a parede do cilindro que é menor do que a área definida caso a segunda superfície 5 estivesse em ângulo zero em relação a ela. A grande inovação do anel objeto da presente invenção é ter uma disposição geométrica e um processo de fabricação que garantam que pelo menos 95% da primeira área A1 contate a parede do cilindro na montagem inicial do motor. Em outras palavras, mesmo nos instantes iniciais do período de amaciamento do motor, garante-se que ao menos 95% da primeira área A1 contate a parede do cilindro e como corolário garante-se o controle correto do filme de óleo já no amaciamento.

Torna-se desnecessário, portanto, projetar o anel de maneira que ele aplique uma força tangencial elevada na parede do pistão, o que era feito até o presente momento porque não se conseguia um percentual elevado de con- tato entre A1 e a parede do cilindro nos anéis atuais.

A menor força tangencial aplicada pelo anel 1 objeto da presente invenção resulta, conforme já discutido, em redução de atrito e consequente menor consumo de combustível e emissão de C02, o que é muito importante se se considerar que, em média, nada menos do que 10% (incluindo trocas de gases e auxiliares) do atrito interno de um motor é gerado pelos anéis e, desses 30%, de 50% a 70% provêm do anel raspador de óleo.

Para tanto, a primeira superfície 4 de pelo menos uma das porções superior ou inferior 2,2' apresenta altura 0,15 milímetros e o ângulo α formado pela segunda superfície 5 tomado a partir do prolongamento da primeira superfície 4 é um ângulo α agudo igual ou superior a 30°. Ambos os valores são bastante diferentes daqueles apresentados pelos anéis raspadores de óleo em peça única atualmente conhecidos e garantem a maior eficiência da presente invenção.

Essa geometria permite reduzir a força tangencial exercida pelo anel 1 em 50%, garantindo que ao menos 95% da primeira área A1 contate a parede do cilindro e, por inferência, uma vantagem funcional considerável do presente anel frente aos produtos atualmente conhecidos. O gráfico ilustrado na figura 5 permite a visualização comparativa bastante clara acerca da for- ça tangencial reduzida aplicada pelo presente anel 1 sem que aumente o consumo de óleo lubrificante. Ainda no tocante à forma do anel 1 , cumpre notar que o corpo é composto por uma pluralidade de segmentos operativamente associados entre si, cada segmento tendo uma seção transversal substancialmente em forma de "C", onde dois segmentos consecutivos associados definem pelo menos uma abertura para passagem de óleo lubrificante. A abertura passante para passagem de óleo lubrificante tem pelo menos uma quina de formato reto ou arredondado, ou ainda qualquer outro que seja funcional.

Em termos de processo de acabamento superficial do anel 1 cumpre notar algumas diferenças importantes. Nos anéis raspadores de óleo em peça ú- nica atualmente conhecidos, devido à sua grande flexibilidade, havia dificuldades em se efetuar um acabamento superficial análogo ao da parede do cilindro. Como resultado, utilizava-se uma elevada força tangencial para que se garantisse uma performance adequada em termos de consumo de óleo na etapa de amaciamento do motor e, ainda, essa alta força acabava, na medida do possível, contribuindo para que esse período de amaciamento (acomodação entre parede do cilindro e superfície do anel) fosse tão rápida quanto possível.

No anel objeto da presente invenção não, sua constituição geométrica torna possível a obtenção de um acabamento superficial adequado que garante a aludida área de contato inicial de pelo menos 95% em relação à parede do cilindro. Outra vantagem decorrente é a possibilidade de se aplicar revestimento à primeira superfície 4 do presente anel 1 , uma vez que não há grande desgaste devido ao amaciamento por conta da força tangencial menor. Outra característica vantajosa do presente anel é a possibilidade de se re- duzir a altura de compressão KH do pistão (vide figura 6), o que reduz o momento de inércia axial da peça e por consequência um aumento de con- formabilidade frente às deformações existentes no cilindro.

De maneira preferível, ambas as porções superior e inferior 2,2' apresentam a geometria de acordo com a descrição anterior, mas é perfeitamente possí- vel conceber um anel 1 no qual somente uma das porções é assim configurada sem que ele se afaste do escopo de proteção das reivindicações apensas. Ainda, cumpre notar que, muito embora o ângulo α deva ser agudo e igual ou superior a 30°, mais preferivelmente ele apresenta valores entre 45° e 70°.

Quando ambas as porções superior e inferior 2,2' apresentam a geometria de acordo com os ditames da presente invenção, ambas podem estar orien- tadas de forma que (i) as duas respectivas segundas superfícies 5 estejam voltadas uma de frente para a outra, ou seja, simétricas, em uma montagem que foca principalmente a redução de atrito das superfícies de contato para com a parede do cilindro; ou, alternativamente, (ii) orientadas de maneira que as duas respectivas segundas superfícies 5 estejam voltadas para um mesmo sentido, ou seja, assimétricas, montagem essa que, além de viabilizar redução de atrito quando do funcionamento da peça, possibilita uma melhor raspagem de óleo pelo anel na parede do cilindro, implicando em menor consumo de lubrificante.

O presente anel é preferivelmente estampado em aço, mas é vidente que outros processos de conformação mecânica e materiais podem ser utilizados se necessário ou desejável.

Tendo sido descritos exemplos de concretização preferidos, deve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.