DE3241343A1 - PISTON FOR COMBUSTION ENGINES - Google Patents
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Description
Patentanwalt© Dr. rer. nat. Thomas Berendt Patent attorney © Dr. rer. nat. Thomas Berendt
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Kolben für VerbrennungsmotorenPistons for internal combustion engines
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FIG.FIG.
A 14 591A 14 591
Dana CorporationDana Corporation
Die Erfindung betrifft Kolben.für Verbrennungsmotoren und insbesondere zweiteilige oder Kreuzkopfkolben.The invention relates to pistons for internal combustion engines and more particularly two-piece or crosshead pistons.
Kreuzkopfkolben, bei denen Kolbenkopf und Kolbenmantel getrennt und unabhängig mit dem Kolbenbolzen verbunden sind, sind bekannt und werden vielfach verwendet, z.B. bei Zweitakt-Dieselmotoren. Ein Vorteil dieses Kolbentyps liegt darin, daß der Mantel den Seitenschub aufnimmt, der durch die Kolbenstange auf den Kolben ausgeübt wird, während der Kolbenkopf nur axial gerichtete Kräfte aus der Verbrennungskammer überträgt. Ein weiterer Vorteil ist, daß der Mantel aus einem billigeren Material hergestellt werden kann, da er den Kräften aus der Verbrennungskammer nicht ausgesetzt ist.Cross head pistons, in which the piston head and piston skirt are separated and are independently connected to the piston pin are known and widely used, e.g. in two-stroke diesel engines. An advantage this type of piston is that the jacket takes up the side thrust exerted by the piston rod on the piston during the Piston head only transmits axially directed forces from the combustion chamber. Another advantage is that the jacket consists of one cheaper material can be made as it is not exposed to the forces from the combustion chamber.
Ein Problem bei Kreuzkopfkolben ist der starke Wärmeaufbau, insbesondere im Kolbenkopf, der zur Verbrennungskammer hin freiliegt. Bei einstückigen Kolben kann die Wärme vom Kolbenboden direkt an den Kolbenmantel übertragen und dort verteilt werden. Bei Kreuzkopf-Kolben hingegen, bei denen der Kolbenkopf vom Kolbenmantel getrennt ist, kann die sonst an den Mantel abgegebene Wärme nicht weiter als bis zum Kolbenringbereich abgeführt werden, d.h. dem zylindrischen Abschnitt des Kolbenkopfes unmittelbar unterhalb des Kolbenbodens, der gewöhnlich die Kolbenringe enthält. Die Außenfläche des Kolbenring-Abschnittes liegt der Zylinderwand gegenüber (z.B. einer Zylinderbüchse bei größeren Motoren), die Wärme vom Kolbenkopf abführt.One problem with crosshead pistons is the high build-up of heat, in particular in the piston head, which is exposed to the combustion chamber. In the case of one-piece pistons, the heat from the piston crown can be transferred directly to the piston skirt and distributed there. In the case of cross-head pistons, however, at where the piston head is separated from the piston skirt, the heat otherwise given off to the skirt cannot go further than the piston ring area , i.e. the cylindrical portion of the piston head immediately below the piston crown, which is usually the Includes piston rings. The outer surface of the piston ring section is opposite the cylinder wall (e.g. a cylinder liner for larger Engines), which dissipates heat from the piston head.
Der Wärmestau im Kolbenkopf wird stärker und kritischer, wenn die Größe des Kolbenkopfes reduziert wird. Es besteht nun die Tendenz, den Kolbenkopf so klein wie möglich zu gestalten, um Material und/oder Bearbeitungszeit einzusparen.The heat build-up in the piston head becomes stronger and more critical when the Size of the piston head is reduced. There is now the tendency to make the piston head as small as possible to material and / or Save processing time.
Das Problem wird weiter kompliziert, weil der Kolbenkopf, insbesondere der Kolbenringbereich, einen Abschnitt mit reduziertem Durchmesser hat, der in den Mantel hineinragt, wodurch die Fläche des Kolbenringbereiches, die an die Zylinderwand angrenzt, verringert wird.The problem is further complicated because of the piston head, in particular the piston ring area, has a section of reduced diameter that protrudes into the shell, whereby the area of the piston ring area, which is adjacent to the cylinder wall is reduced.
Der Erfindung liegt-daher die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die Wärmeabfuhr aus dem Kolbenkopf verbessert wird, ohne jedoch die Größe oder die für den Kolbenkopf.verwendete Materialmenge zu erhöhen.The invention is therefore based on the object of providing a piston of the to design initially mentioned type so that the heat dissipation from the piston head is improved, but without the size or the for the Piston head. To increase the amount of material used.
Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß ein größerer Anteil der Oberfläche des Kolbenkopfes an die Kolbenwand angrenzt.According to the invention this is achieved in that a larger Proportion of the surface of the piston head adjoins the piston wall.
Am übergang vom Kolbenkopf zum Kolbenmantel ist zweckmäßigerweise eine Dichtung angeordnet. ·At the transition from the piston head to the piston skirt is expedient arranged a seal. ·
Der Kolbenmantel hat vorzugsweise einen oberen Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser, der innerhalb des unteren Endabschnittes des Kolbenkopfes angeordnet ist.The piston skirt preferably has an upper end portion of reduced diameter that is within the lower end portion of the piston head is arranged.
Vorteilhafterweise hat der Mantelabschnitt mit reduziertem Durchmesser eine ringförmige Nut, in der ein Dichtungsring sitzt, der in Eingriff mit dem unteren Endabschnitt des Kolbenkopfes steht.The jacket section advantageously has a reduced diameter an annular groove in which a sealing ring is seated which is in engagement with the lower end portion of the piston head.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der .An example embodiment of the invention is provided below explained with reference to the drawing in which.
Fig. 1 schematisch mit Schnitt und in auseinandergezogener Darstellung einen Kolben nach der Erfindung zeigt.Fig. 1 schematically with section and in an exploded view shows a piston according to the invention.
Fig. 2 zeigt vergrößert im Schnitt die Dichtung zwischen Kolbenkopf und Kolbenmantel.Fig. 2 shows enlarged in section the seal between the piston head and piston skirt.
32413Λ332413Λ3
Fig. 1 zeigt einen Kreuzkopfkolben 10 mit einer Kolbenstange 12 und einem Kolbenbolzen 14. Der Kolben umfaßt einen Kolbenkopf 18 und einen Kolbenmantel oder Kreuzkopf 20, die separat hergestellt werden, vorzugsweise aus Gußeisen. Der Kreuzkopf 20 besteht aus einem duktilen Gußeisen, während der Kolbenkopf 18 aus einem formbaren Gußeisen besteht, das sich für die Verbrennungskammer besser eignet.Fig. 1 shows a crosshead piston 10 with a piston rod 12 and a piston pin 14. The piston comprises a piston head 18 and a piston skirt or cross head 20, which are manufactured separately, preferably made of cast iron. The cross head 20 is made of a ductile cast iron, while the piston head 18 is made of a malleable iron There is cast iron, which is more suitable for the combustion chamber.
Der obere Abschnitt des Kolbenkopfes 18 hat einen Kolbenboden 22, der eine Begrenzungswand einer Verbrennungskammer bildet. Vom Außenrand des Kolbenbodens aus erstreckt sich ein äußerer zylinderischer Kolbenringbereich 23, in welchem drei Nuten für Kolbenringe ausgebildet sind.The upper section of the piston head 18 has a piston head 22, which forms a boundary wall of a combustion chamber. An outer cylindrical one extends from the outer edge of the piston head Piston ring area 23 in which three grooves for piston rings are formed.
Der Kolbenkopf 18 hat ferner einen Abschnitt 33 zur Verbindung mit dem Kolbenbolzen, wobei dieser Abschnitt ein Paar im Abstand angeordneter, nach unten gerichteter (Fig. 1) Arme 34 aufweist, die mit öffnungen 42 für den Kolbenbolzen versehen sind und diesen umgreifen. Die Arme sind an ihren oberen Enden durch einen Steg 36 verbunden, der seinerseits mit dem Kolbenboden-Abschnitt durch eine Mehrzahl von axial und radial verlaufenden Streben 37 verbunden ist. Die Streben 37 haben radial nach außen verlaufende Rippen 38, die integral die Streben 37 mit dem Kolbenring-Abschnitt 23 und mit den äußeren Bereichen des Kolbenbodens 22 verbinden.The piston head 18 also has a portion 33 for connection with the piston pin, this portion having a pair of spaced apart, downwardly directed (Fig. 1) arms 34 which are connected to openings 42 are provided for the piston pin and encompass this. The arms are connected at their upper ends by a web 36, which in turn with the piston head section by a plurality is connected by axially and radially extending struts 37. The struts 37 have radially outwardly extending ribs 38 that are integral connect the struts 37 to the piston ring section 23 and to the outer regions of the piston crown 22.
Der Steg 36 hat eine nach unten offene halbzylindrische Aussparung 40, welche in Umfangsrichtung in einem Paar radialer Schultern endigt, die eine halbzylindrische Lagerschale 44 halten, die eine nach innen gerichtete Lagerfläche aufweist, welche vorzugsweise eine Mehrzahl von nichtgezeigten Nuten für die Verteilung eines Schmiermittels besitzt, ölzufuhröffnungen 54 und 55 sind in der Mitte des Steges 36 und der Lagerschale 44 ausgebildet.The web 36 has a downwardly open semi-cylindrical recess 40, which ends circumferentially in a pair of radial shoulders that hold a semi-cylindrical bearing shell 44, which is an inwardly directed one Has bearing surface, which preferably has a plurality of not shown grooves for the distribution of a lubricant, oil supply openings 54 and 55 are in the middle of the web 36 and the Bearing shell 44 formed.
Der Kreuzkopf 20 hat eine zylindrische Wand 57 mit einem Paar zentral und einander gegenüberliegend angeordneter nach innen verlaufender Vor-The cross head 20 has a cylindrical wall 57 with a pair in the center and oppositely arranged inwardly running front
Sprünge 58. Jeder Vorsprung 58 bildet eine zylindrische Aufnahmeöffnung 60, die, wenn der Kolbenkopf und der Kolbenmantel bzw. Kreuzkopf zusammengebaut sind, axial mit den öffnungen 42 des Kolbenkopfes fluchten. An seinem unteren Ende hat der Kolbenmantel zwei Nuten 72 für ölabstreifringe. Unterhalb jeder Nut 72 ist eine Mehrzahl von öl ablaufbohrungen 73 vorgesehen, um öl von den Abstreifringen in üblicher Weise abzuführen.Jumps 58. Each protrusion 58 defines a cylindrical receiving opening 60, which, when the piston head and the piston skirt or cross head are assembled, axially with the openings 42 of the piston head cursing. At its lower end, the piston skirt has two grooves 72 for oil control rings. Below each groove 72 is a plurality Oil drain holes 73 are provided to keep oil from the scraper rings to be discharged in the usual way.
Der Kolbenkopf und der Kolbenmantel,bzw. Kreuzkopf, werden durch den zylindrischen Kolbenbolzen 14 zusammengehalten, der in den Lageröffnungen 60 und 42 von Mantel und Kopf entsprechend aufgenommen ist und über einen wesentlichen Teil seiner oberen Oberfläche in Eingriff mit der Lagerschale 44 steht. Die Kolbenstange 12 ist mit dem Kolbenbolzen 14 mittels nicht-gezeigter Schrauben verbunden, die sich durch öffnungen 84 in der Kolbenstange und 78 im Kolbenbolzen in bekannter Weise erstrecken.The piston head and the piston skirt, or. Phillips, are through the cylindrical piston pin 14 held together, received in the bearing openings 60 and 42 of the jacket and head accordingly and is in engagement with the bearing shell 44 over a substantial part of its upper surface. The piston rod 12 is with connected to the piston pin 14 by means of screws (not shown), which extend through openings 84 in the piston rod and 78 in the piston pin extend in a known manner.
Der Kolbenbolzen 14 ist hohl und hat eine etwas dickere Wand in seiner Mitte, wo gegenüberliegend angeordnete obere und untere öffnungen 76 und 77 ausgebildet sind. Eine Bohrung 88 fluchtet mit den öffnungen 76 und 77 um einen öldurchgang durch den Kolbenbolzen zu schaffen. Die Bohrung 88 fluchtet mit einem z.B. gebohrten öl kanal 90, der sich in Längsrichtung durch die Kolbenstange 12 erstreckt. Metallische Deckplatten 59 schließen die beiden Enden des hohlen Kolbenbolzens 14 in bekannter Weise dicht ab.The piston pin 14 is hollow and has a slightly thicker wall in its center, where oppositely arranged upper and lower Openings 76 and 77 are formed. A hole 88 is aligned with the openings 76 and 77 around an oil passage through the piston pin to accomplish. The bore 88 is aligned with a drilled oil channel 90, for example, which extends in the longitudinal direction through the piston rod 12 extends. Metallic cover plates 59 close the two ends of the hollow piston pin 14 tightly in a known manner away.
Wie Fig. 2 zeigt, hat das obere Ende des Kolbenmantels 20 eine verbreiterte Wand 66, die etwa dreimal so dick wie die anderen Bereiche der Wand des Kolbenmantels gegossen ist. Der radial äußere Abschnitt der Wand 66 ist entfernt, z.B. abgedreht, um einen Endabschnitt mit reduziertem Durchmesser zu schaffen, der eine zylindrische Oberfläche 64 hat, die einen Zylinder bildet. Der untere Wandabschnitt 24 des Kolbenring-Bereiches, der den oberen Wandabschnitt 66 aufnimmt, istAs shown in FIG. 2, the upper end of the piston skirt 20 has a widened one Wall 66, which is cast about three times as thick as the other areas of the wall of the piston skirt. The radially outer section wall 66 is removed, e.g., trimmed, to provide a reduced diameter end portion which has a cylindrical surface 64 which forms a cylinder. The lower wall portion 24 of the piston ring area that receives the upper wall portion 66 is
ebenfalls an seinem unteren Endteil bearbeitet, um eine innere zylindrische Fläche 63 mit vergrößertem Durchmesser zu schaffen. Der Kolbenkopf 18 und der Kolbenmantel 20 berühren einander im Grenzbereich nicht, wie Fig. 2 zeigt. Die beiden Teile 18 und 20 sind unabhängig voneinander am Kolbenbolzen befestigt, wie oben beschrieben.also machined at its lower end portion to provide an inner cylindrical surface 63 of enlarged diameter. The piston head 18 and the piston skirt 20 do not touch one another in the border area, as FIG. 2 shows. The two parts 18 and 20 are attached to the piston pin independently of each other as described above.
Ein schmaler ringförmiger Spalt 62 ist zwischen der inneren zylindrischen Fläche 23 des Kolbenkopfes und der äußeren zylindrischen Fläche 64 des Kolbenmantels 20 vorhanden. Dieser Spalt erlaubt eine leichte Bewegung des Kolbenmantels 20 unter den Kräften der Kolbenstange, verhindert jedoch, daß diese im Winkel angreifenden Kräfte auf den Kolbenkopf 18 übertragen werden. Abgeschrägte ringförmige Flächen 71 am Kolbenmantel und am Kolbenkopf erleichtern den Zusammenbau und die begrenzte Bewegung des Kolbenmantels.A narrow annular gap 62 is between the inner cylindrical surface 23 of the piston head and the outer cylindrical Surface 64 of the piston skirt 20 is present. This gap allows a slight movement of the piston skirt 20 under the forces of the piston rod, but prevents them from attacking at an angle Forces are transmitted to the piston head 18. Beveled annular surfaces 71 on the piston skirt and piston head facilitate assembly and limited movement of the piston skirt.
Der Spalt 62 ist mittels eines Dichtringes 67 aus Gußeisen abgedichtet, der eine relative Gleit- oder Hin- und Herbewegung zwischen Kolbenkopf und Kolbenmantel ohne Beeinträchtigung erlaubt und ohne die Dichtung zwischen den beiden Teilen zu unterbrechen. Der Dichtring hat einen engen Stirnspalt im Bereich von 0,075 mm, was möglich ist, weil der Ring aufgrund des Kolbenaufbaus wenig Wärmeausdehnung erfährt. Der Dichtring ist in einer Nut 32 aufgenommen, die in der Umfangsflache 64 des Kolbenmantels ausgebildet ist. Die Nut für den Dichtring ist zweckmäßigerweise in der Umfangsfläche 64 ausgebildet, so daß der Dichtring 67 gegen eine zylindrische Fläche, wie die Fläche 63, anliegt. Diese Dichtung ist bei gleitenden oder hin- und hergehenden Relativbewegungen zwischen Kolbenkopf und Kolbenmantel effektiver als Dichtungen, die elastomere Dichtringe verwenden oder mit Dichtungen zwischen radialen oder konischen Flächen arbeiten.The gap 62 is sealed by means of a sealing ring 67 made of cast iron, which allows a relative sliding or to and fro movement between the piston head and piston skirt without impairment and without to break the seal between the two parts. The sealing ring has a narrow frontal gap in the range of 0.075 mm, which is possible because the ring experiences little thermal expansion due to the piston structure. The sealing ring is received in a groove 32 in the circumferential surface 64 of the piston skirt is formed. The groove for the sealing ring is expediently formed in the peripheral surface 64, so that the sealing ring 67 against a cylindrical surface, such as surface 63, rests. This seal is with sliding or reciprocating relative movements between piston head and piston skirt more effective than seals that use elastomeric sealing rings or with seals between radial ones or conical surfaces.
Der Kolbenring-Abschnitt 23 wird verlängert, da sich der Kolbenkopf über den Kolbenmantel erstreckt und eine Überlappung durch den Wandabschnitt 24 gebildet wird, wobei die Außenfläche der Wand 99 desThe piston ring section 23 is lengthened as the piston head extends extends over the piston skirt and an overlap is formed by the wall portion 24, the outer surface of the wall 99 of the
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |