DE19908670A1

DE19908670A1 - Pistons for internal combustion engines

Info

Publication number: DE19908670A1
Application number: DE19908670A
Authority: DE
Inventors: Hubert Buehr
Original assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Current assignee: Federal Mogul Burscheid GmbH
Priority date: 1999-02-27
Filing date: 1999-02-27
Publication date: 2000-11-02
Anticipated expiration: 2019-02-28
Also published as: ITMI20000358A1; GB2347194B; ITMI20000358A0; GB0003887D0; IT1316789B1; DE19908670C2; FR2790286B1; GB2347194A; FR2790286A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben 1 für Brennkraftmaschinen. Der Kolben 1 weist Schaftteile 4, 4' unterschiedlicher Größe auf. Die Schaftteile sind über Versteifungswände 7, 7', 8, 8' mit der Bolzennabe 5 verbunden. Die Versteifungswände 7, 7', 8, 8' erstrecken sich parallel zueinander und verlaufen senkrecht zur Bolzennabe 9. Die auf der Gegendruckseite angeordneten Versteifungswände 7, 7' sind am inneren Endbereich 10, 10' der Nabenaugen 6, 6' angeschlossen.The invention relates to a piston 1 for internal combustion engines. The piston 1 has shaft parts 4, 4 'of different sizes. The shaft parts are connected to the pin boss 5 via stiffening walls 7, 7 ', 8, 8'. The stiffening walls 7, 7 ', 8, 8' extend parallel to one another and run perpendicular to the pin hub 9. The stiffening walls 7, 7 'arranged on the counter pressure side are connected to the inner end region 10, 10' of the hub eyes 6, 6 '.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere aus Leichtmetall mit einem Kolbenboden und einer zentral vom Kolbenboden ausgehenden Bolzennabe mit Nabenaugen, deren äußerer Abstand 60 bis 80% des Kolbendurchmessers entspricht und mit je einem auf der Druck- und Gegendruckseite angeordneten Schaftteil, wobei das auf der Druckseite angeordnete Schaftteil zumindest in Umfangsrichtung größer ist als das auf der Gegendruckseite und die Schaftteile über Versteifungswände gegenüber der Bolzennabe abgestützt sind und die Versteifungswände des einen Schaftteiles, relativ zu den Versteifungswänden des gegenüberliegenden Schaftteiles, in Richtung der Bolzennabenachse versetzt angeordnet sind.The invention relates to a piston for internal combustion engines, in particular from Light metal with a piston crown and one that starts centrally from the piston crown Bolt hub with hub eyes, the outer distance of 60 to 80% of the Corresponds to the piston diameter and with one each on the pressure and counter pressure side arranged shaft part, the shaft part arranged on the pressure side at least is greater in the circumferential direction than that on the counter pressure side and the shaft parts above Stiffening walls are supported against the pin hub and the Stiffening walls of a shaft part, relative to the stiffening walls of the opposite shaft part, arranged offset in the direction of the pin boss axis are.

Vorrangiges Ziel bei modernen Brennkraftmaschinen ist die Reduzierung von Gewicht an einzelnen Bauteilen, da hierdurch nicht nur der Kraftstoffverbrauch gesenkt wird, sondern auch das Geräusch- und Schwingungsverhalten günstig beeinflußt werden kann. Der Forderung nach möglichst geringen oszillierenden Massen steht die Haltbarkeit des Kolbens aufgrund der hohen Beanspruchungen entgegen.The primary goal in modern internal combustion engines is to reduce weight individual components, as this not only reduces fuel consumption, but also the noise and vibration behavior can be influenced favorably. The requirement for the smallest possible oscillating masses is the durability of the Against the piston due to the high loads.

Leichtbaukolben als sogenannte Kasten- oder H-Kolben ausgebildet, weisen zwei einzelne Schaftteile auf, die sich nur auf der Druck- und Gegendruckseite erstrecken. Die Bolzennabe ist in Bolzenachsenrichtung kürzer als der Kolbendurchmesser. Aus der EP 0 171 825 A ist ein Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschinen beschriebener Art bekannt. Lightweight pistons designed as so-called box or H pistons have two individual shaft parts that only extend on the pressure and counter pressure side. The pin hub is shorter than the piston diameter in the pin axis direction. From the EP 0 171 825 A is a light metal piston for the type of engine described known.

Dieser gattungsgemäße Kolben weist unsymmetrische ausgebildete Schaftteile auf. Im Druckbereich sind die Schaftteile in Umfangsrichtung größer ausgebildet als auf der Gegendruckseite. Die Abstützung der einzelnen Schaftteile erfolgt über mit der Bolzennabe verbundene Versteifungswände, wobei die Anschlußstellen zur Bolzennabe am äußeren Endbereich der Nabenaugen vorgesehen ist. Die Versteifungswände auf der Druckseite laufen unter einem Winkel in die Bolzennabe ein. Dies hat zur Folge, daß auf die Nabe sowohl Längs- als auch Querkräfte aufnehmen muß, mit der Folge, daß die Verbindungsstellen der Versteifungswände sowohl zur Bolzennabe als auch zum Schaftteil im Querschnitt relativ dickwandig ausgebildet sein müssen. Durch diese Verstärkung wird das Gewicht des Kolbens auf der Druckseite des Kolbens vergrößert, so daß der Kolben im Motorbetrieb zum Kippen im oberen und unteren Totpunkt neigt.This generic piston has asymmetrical shaft parts. in the Pressure area, the shaft parts are formed larger in the circumferential direction than on the Counter pressure side. The individual shaft parts are supported with the Bolt hub connected stiffening walls, the connection points to the pin hub is provided on the outer end portion of the hub eyes. The stiffening walls on the Pressure side run into the pin hub at an angle. This has the consequence that on the hub must absorb both longitudinal and transverse forces, with the result that the Connection points of the stiffening walls both to the pin hub and to the shaft part must have a relatively thick-walled cross section. Through this reinforcement the weight of the piston on the pressure side of the piston is increased so that the Piston in engine operation tends to tip over at top and bottom dead center.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Kolben dahingehend zu verbessern, daß das Gewicht des Kolbens weiter verringert und gleichzeitig eine symmetrische Massenverteilung geschaffen wird.The invention is based on the object of a generic piston to improve that the weight of the piston is further reduced while maintaining a symmetrical mass distribution is created.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruch 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing features of Claim 1 solved.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dokumentiert.Advantageous embodiments of the invention are documented in the subclaims.

Der erfindungsgemäße Kolben ist bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung gebildet und zeichnet sich durch die Reduzierung des Kolbenschaftes auf zwei Schaftteile durch ein günstiges Gewicht aus. Durch die parallele Versetzung der Versteifungswände sind die Anschlüsse zwischen Bolzennabe und Schaftteil auf kürzestem Wege erfolgt. Die rechtwinkelige Anbindung der Versteifungswände ermöglicht kleinste Wanddicken in den Anschlußstellen, da keine Längskräfte in die Nabe übertragen werden. Durch die Variation der Höhe und/oder Breite der Versteifungswände auf der Druck- und Gegenseite ist ein Massenausgleich möglich, so können beispielsweise Kolben mit einem nicht symmetrischen Kolbenboden durch breite und/oder höhere Versteifungswände auf der Druck- oder Gegendruckseite so ausgeglichen werden, daß eine symmetrische Gewichtsverteilung bezüglich der Bolzennabenachse gegeben ist.The piston according to the invention is preferably formed from an aluminum alloy and is characterized by the reduction of the piston skirt to two shaft parts favorable weight. Due to the parallel displacement of the stiffening walls Connections between the pin hub and the shaft part are made in the shortest possible way. The right-angled connection of the stiffening walls enables the smallest wall thickness in the connection points, since no longitudinal forces are transmitted into the hub. Through the Variation of the height and / or width of the stiffening walls on the pressure and A mass balance is possible on the opposite side, for example pistons with a non-symmetrical piston crown due to wide and / or higher stiffening walls the pressure or counter pressure side are balanced so that a symmetrical Weight distribution with respect to the pin hub axis is given.

Die Erfindung ist in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.The invention is illustrated in the drawing using an exemplary embodiment and is explained in more detail below.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 Ansicht eines erfindungsgemäßen Kolben Fig. 1 view of a piston according to the invention

Fig. 2 Ansicht von unten auf den Kolben gem. Fig. 1 Fig. 2 bottom view of the piston acc. Fig. 1

Fig. 3 Ansicht gemäß Schnittlinie III-III der Fig. 1 Fig. 3 view along section line III-III of Fig. 1

Die Fig. 1 zeigt einen im Gießverfahren hergestellten Kolben 1 aus Leichtmetall. Der Kolbenkopf 2 weist Ringnuten 3 zur Aufnahme von Kolbenringen (nicht dargestellt) auf. Der Schaft des Kolbens 1 besteht aus zwei diametral gegenüberliegenden Schaftteilen 4, 4'. In Achsrichtung der Bolzennabe 5, die zwei im Abstand zueinander angeordnete Nabenaugen 6, 6' aufweist (Fig. 2), ist der Kolben 1 offen ausgebildet. Der äußere Abstand der Nabenaugen 6, 6' entspricht etwa 60 bis 80% des Kolbendurchmessers, d. h. der Kolben 1 ist mittels eines kurzen Bolzen (nicht dargestellt) mit einem Pleuel verbunden. Fig. 1 shows a piston 1 made by casting from light metal. The piston head 2 has annular grooves 3 for receiving piston rings (not shown). The shaft of the piston 1 consists of two diametrically opposite shaft parts 4 , 4 '. In the axial direction of the pin boss 5 , which has two hub eyes 6 , 6 'arranged at a distance from one another ( FIG. 2), the piston 1 is open. The outer distance between the hub eyes 6 , 6 'corresponds to approximately 60 to 80% of the piston diameter, ie the piston 1 is connected to a connecting rod by means of a short bolt (not shown).

Die Fig. 2 zeigt eine Ansicht von unten. Die Schaftteile 4, 4' weisen in Umfangsrichtung gesehen, unterschiedliche Größen auf. Die Schaftteile 4, 4' sind über Versteifungswände 7, 7', 8, 8' mit der Bolzennabe verbunden. Die Versteifungswände 7, 7' des Schaftteiles 4' verlaufen senkrecht zur Bolzennabe 9 und sind am inneren Endbereich 10, 10' der Nabenaugen 6, 6' angeschlossen. Die Versteifungswände 8, 8' verlaufen in Richtung der Bolzennabenachse 9 parallel versetzt zu den Versteifungswänden 7, 7'. Durch die senkrechte Anbindung der Versteifungswände 7, 7', 8, 8' treten keine Seitenkräfte auf die Versteifungswände auf, wodurch die Anbindung sowohl gegenüber der Nabenaugen 6, 6' als auch der Schaftteile 4, 4' mit minimalen Radien R, R2 auskommt. Auf diese Weise sind sehr schmale Versteifungswände 7, 7', 8, 8' möglich. Durch Variation der Wandstärken t1, t2, t3, t4 ist es möglich, das Gewicht des unsymmetrischen Kolbens 1 auszubalancieren, so daß bezüglich der Massenverteilung ein symmetrischer Kolben herstellbar ist. Fig. 2 shows a view from below. The shaft parts 4 , 4 'have different sizes when viewed in the circumferential direction. The shaft parts 4 , 4 'are connected to the bolt hub via stiffening walls 7 , 7 ', 8 , 8 '. The stiffening walls 7 , 7 'of the shaft part 4 ' run perpendicular to the pin hub 9 and are connected to the inner end region 10 , 10 'of the hub eyes 6 , 6 '. The stiffening walls 8 , 8 'run parallel to the stiffening walls 7 , 7 ' in the direction of the pin hub axis 9 . Due to the vertical connection of the stiffening walls 7 , 7 ', 8 , 8 ', no lateral forces occur on the stiffening walls, as a result of which the connection manages with minimal radii R, R2 both with respect to the hub eyes 6 , 6 'and the shaft parts 4 , 4 '. In this way, very narrow stiffening walls 7 , 7 ', 8 , 8 ' are possible. By varying the wall thicknesses t1, t2, t3, t4, it is possible to balance the weight of the asymmetrical piston 1 , so that a symmetrical piston can be produced with respect to the mass distribution.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, können die Versteifungswände 7, 7', 8, 8' in der axialen Höhe unterschiedlich ausgebildet sein, um so auch noch Einfluß auf die Massenverteilung zu nehmen.As can be seen from FIG. 3, the stiffening walls 7 , 7 ', 8 , 8 ' can be designed differently in the axial height in order to also influence the mass distribution.

Durch die besondere Konstruktion der Versteifungswände 7, 7', 8, 8' und deren besondere Anbindung an die Bolzennabe 5 ist ein besonders leichter Kolben 1 geschaffen, der aber gleichzeitig für hohe thermische machanische Beanspruchung ausgelegt ist.Due to the special construction of the stiffening walls 7 , 7 ', 8 , 8 ' and their special connection to the pin boss 5 , a particularly light piston 1 is created, which at the same time is designed for high thermal mechanical stress.

Claims

1.Piston for internal combustion engines, in particular made of light metal, with a piston crown and a pin hub with hub eyes extending centrally from the piston crown, the outer distance of which corresponds to 60 to 80% of the piston diameter and each with a shaft part arranged on the pressure and counterpressure side, the on the Shaft part arranged on the pressure side is larger, at least in the circumferential direction, than that on the counter-pressure side and the shaft parts are supported by stiffening walls with respect to the pin hub and the stiffening walls of one shaft part are offset relative to the stiffening walls of the opposite shaft part in the direction of the pin hub axis, characterized in that the stiffening walls ( 7 , 7 ', 8 , 8 ') run parallel to one another and perpendicular to the pin hub axis ( 9 ), the stiffening walls ( 7 , 7 ') of the shaft part ( 4 ') arranged on the counter pressure side at the inner end region ( 10 , 10 ') the hub eyes ( 6 , 6 ') are connected.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the axial height and / or width of the stiffening walls ( 7 , 7 ', 8 , 8 ') is designed differently on the pressure and counter pressure side.

3. Piston according to claims 1 and 2, characterized in that the wall thickness (t1) arranged on the counter-pressure side shaft part ( 4 ') is formed smaller than the wall thickness (t2) of the other shaft part ( 4 ).