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Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Brennkraftmaschinen dessen Kolbenhemd oberhalb des Kolbenbolzens mit seinem Kolbenringteil endet und dessen Kolbenbolzen über seine Enden den Seitendruck der Pleuelstange auf die Lauffläche der Laufbüchse überträgt.
Eine der grössten Reibungen in der Brennkraftmaschine wird durch den Kolben verursacht.
Diese Reibung besteht im wesentlichen aus zwei Teilen : Aus der Reibung der Kolbenringe infolge der Anpressung der Kolbenringe durch den Gasdruck an die Laufbüchse des Motors und durch den Seitendruck der Pleuelstange, der über den Kolbenbolzen an der Laufbüchse ausgeübt wird.
Nach der DE-AS 2151184 ist es bekannt, die Gleitreibung eines eingangs genannten Kolbens an der Laufbüchse dadurch zu verringern, dass an den Enden des Kolbenbolzens ein Gleitschuh gelagert ist, der sich an der Laufbüchse abstützt. Dabei müssen jedoch immer noch beträchtliche Reibungsverluste beim Betrieb der Brennkraftmaschine überwunden werden.
Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, diese letztere Reibung weiter zu vermindern. Gemäss der Erfindung geschieht dies dadurch, dass an den Enden des Kolbenbolzens oder zentral dazu Rollen gelagert sind und dass das Spiel der Rollen zur Lauffläche der Laufbüchse kleiner ist, als das Spiel des Kolbenringteils in der Laufbüchse, und die beiden Spiele so aufeinander abgestimmt sind, dass die Rollen zufolge der durch den Seitendruck der Pleuelstange hervorgerufenen zusätzlichen geringen Kippbewegungen des Kolbens an die Lauffläche der Laufbüchse angedrückt werden. Dadurch wird der Seitendruck der Pleuelstange während des Arbeitshubes des Kolbens über die Rollen übertragen, wodurch eine wesentliche Herabsetzung der Reibung erfolgt.
Wesentlich für diese Funktion ist es, dass die Rollen während sie auf der kraftführenden Seite an der Laufbüchse abrollen, an der diametral gegenüberliegenden Seite zur Laufbüchse hin genügend Spiel aufweisen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kolbenbolzen in vom Kolbenboden ausgehenden zwei Wänden gelagert ist, die parallel zur Kolbenachse und senkrecht zur Achse des Kolbenbolzens verlaufen. Diese Ausbildung ergibt eine relativ einfache Gestaltung des Kolbens.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können aber auch die vom Kolbenboden ausgehenden zwei Wände Teil eines rohrförmigen Ansatzes am Kolbenboden sein, welcher das Pleuelauge umgreift. Damit ergibt sich eine biegesteife Verbindung zwischen den Kolbenbolzenlagern und dem Kolbenboden, welche in der Herstellung unproblematisch ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass je eine Rolle auf den Enden des Kolbenbolzens gelagert ist, wodurch die vom Kolbenboden ausgehenden Wände zur Lagerung des Kolbenbolzens gleichzeitig auch zur Abstützung der Rollen in Achsrichtung des Kolbenbolzens dienen können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Aussenprofil der Rollen der Lauffläche der Laufbüchse an die Streifen angepasst sein, an denen die Rollen abrollen. Auf diese Weise können grössere Flächenpressungen zwischen Rollen und Laufbüchse vermieden werden, weil die Rollen nahezu über ihre ganze Breite an der Laufbüchse anliegen können.
Im Rahmen der Erfindung kann der Innendurchmesser des Lagers der Rollen kleiner sein als der Durchmesser des Kolbenbolzens an dessen Lagerstelle. Dadurch kann die Reibung noch vermindert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Rollen und die Laufbüchse gehärtet sind, wobei die Härten zur Erzielung einer möglichst geringen Abnützung einander angepasst sind.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen Fig. l einen erfindungsgemässen Kolben im Axialschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-I-I in Fig. l und Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Linie 111-111 in Fig. 2.
In der in den Zylinder --1-- eingesetzten Zylinder-Laufbüchse --2-- ist der hin- und hergehende Kolben --3-- gleitbar angeordnet. Die Lauffläche der Laufbüchse --2-- ist mit --2'-- bezeichnet. Der Kolben --3-- besitzt im Bereich der rotationskörperförmigen Brennraummulde-4-- einen zylindrischen Teil --5--, der vom Kolbenboden --3'-- ausgeht und mit Kolbenringen-6versehen ist.
Die Pleuelstange --7-- greift am Kolbenbolzen --8-- an, der seinerseits in zwei Wänden --9-- gelagert ist, die ein Teil des rohrförmigen Ansatzes --15-- sind, der vom Kolben-
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boden --3'-- ausgeht und sich über das Pleuel auge --16-- erstreckt. Die beiden Wände ---9-- verlaufen parallel zur Kolbenachse --12-- und senkrecht zur Achse --13-- des Kolbenbolzens - -8--. Sie bilden die Lager für den Kolbenbolzen --8-- und ausserdem dienen sie zur axialen Abstützung der Rollen --10--, welche an den aus den Wänden --9-- herausragenden Enden des Kolbenbolzens --8-- gelagert sind.
Der Kolbenbolzen --8-- ist an beiden Enden mit Anschlag- stücken --17-- versehen, welche eine kugelkalottenförmige Oberfläche aufweisen und mit zylindrischen Ansätzen --17'-- in die Bohrung --8'-- des Kolbenbolzens --8-- eingesteckt sind. Die Rollen --10-- sind beispielsweise mittels Nadellager --18-- gelagert und weisen Aussenprofile - auf, die dem Innenprofil der Lauffläche --2'-- angepasst sind. Die Lagerung der beiden Rollen erfolgt so, dass die Rollen nur auf der kraftführenden Seite (in den Zeichnungen oben) an der Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- anliegen, an der entgegengesetzten Seite (in Fig. 2 unten) hingegen ein Spiel --14-- haben, welches in Fig. 2 der Anschaulichkeit wegen übertrieben gross dargestellt ist.
In der Praxis wird man vorzugsweise mit einem Spiel, das in der Grössenordnung von mehreren hundertstel mm liegt, zu rechnen haben. Durch die Formgebung der Aussenprofile
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gering gehalten wird.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des Kolbenbolzens --8-- durchgehend gleich ; es ist jedoch auch möglich, den Durchmesser für die Lagerung der Rollen --10-- abzusetzen, was zur Verminderung der Reibung von Vorteil sein kann.
Das Kolbenhemd endet oberhalb des Kolbenbolzens --8-- mit seinem Kolbenringteil --5--, welcher gegenüber der Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- das übliche grosse Spiel-19aufweist. Dieser Teil weist Ausnehmungen --5'-- auf, welche zur Erleichterung der Montage dienen.
Die Wirkungsweise des Kolbens gemäss der Erfindung ist folgende : Der Seitendruck der Pleuelstange --7-- auf die Laufbüchse --2--, welcher bei allen Stellungen ausserhalb der Totlagen auftritt, bewirkt ein geringes Kippen des Kolbens --8-- im Kolbenringteil --5-- innerhalb von dessen Spiel --19-- gegenüber der Lauffläche --2'--. Dadurch, dass das Spiel --14-- der Rollen - gegenüber der Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- im Verhältnis zum Spiel --19-des Kolbenringteils --5-- klein ist, kommen die Rollen --10-- bei der Kippbewegung des Kolbens alsbald zur Anlage auf der Lauffläche --2'-- wodurch der Seitendruck der Pleuelstange --7-durch die Rollen --10-- voll auf die Lauffläche --2'-- der Laufbüchse --2-- übertragen wird.
Auf diese Weise wird die Reibung, die durch den Seitendruck der Pleuelstange entsteht, wesentlich vermindert. Diese Verminderung kann durch verschiedene Massnahmen, wie Lagerung der Rollen --10-- in Nadellagern, entsprechende Wahl der Lagerdurchmesser für die Rollen, Härtung der Rollen und der Laufbüchse und entsprechende Abstimmung dieser Härten, noch weiter verbessert werden. Die auf die Rollen --10-- wirksam werdenden Axialkräfte werden von den Wänden --9-- aufgefangen, welche zusammen mit Ansätzen-10'-der --10'-- der Rollen --10-- Spurlager bilden. Auch für diese Lagerung können entsprechende Kugellager verwendet werden. Die Schmierung der Rollen - wird im allgemeinen in ausreichender und üblicher Weise vom Kurbelraum her erfolgen.
PATENTANSPRCHE :
1. Kolben für Brennkraftmaschinen, dessen Kolbenhemd oberhalb des Kolbenbolzens mit seinem Kolbenringteil endet und dessen Kolbenbolzen über seine Enden den Seitendruck der Pleuelstange auf die Lauffläche der Laufbüchse überträgt, dadurch gekennzeichnet, dass an den Enden des Kolbenbolzens (8) oder zentral dazu Rollen (10) gelagert sind und dass das Spiel (14) der Rollen (10) zur Lauffläche (2') der Laufbüchse (2) kleiner ist, als das Spiel (19) des Kolbenringteils (5) in der Laufbüchse (2), und die beiden Spiele so aufeinander abgestimmt sind, dass die Rollen (10) zufolge der durch den Seitendruck der Pleuelstange (7) hervorgerufenen zusätzlichen geringen Kippbewegungen des Kolbens an die Lauffläche (2') der Laufbüchse (2) angedrückt werden.
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The invention relates to a piston for internal combustion engines whose piston skirt ends above the piston pin with its piston ring part and whose piston pin transmits the side pressure of the connecting rod to the running surface of the liner via its ends.
One of the greatest friction in the internal combustion engine is caused by the piston.
This friction essentially consists of two parts: the friction of the piston rings due to the pressure of the piston rings by the gas pressure on the engine liner and the side pressure of the connecting rod, which is exerted on the cylinder liner via the piston pin.
According to DE-AS 2151184, it is known to reduce the sliding friction of a piston mentioned at the liner in that a sliding shoe is supported at the ends of the piston pin, which is supported on the liner. However, considerable friction losses during operation of the internal combustion engine still have to be overcome.
The aim of the invention is to further reduce this latter friction. According to the invention, this is done in that rollers are mounted at the ends of the piston pin or centrally, and that the play of the rollers to the running surface of the liner is smaller than the play of the piston ring part in the liner, and the two games are coordinated with one another, that the rollers are pressed against the running surface of the liner due to the additional slight tilting movements of the piston caused by the side pressure of the connecting rod. As a result, the side pressure of the connecting rod is transmitted via the rollers during the working stroke of the piston, which results in a significant reduction in friction.
It is essential for this function that the rollers have sufficient play on the diametrically opposite side towards the cylinder liner while they roll on the liner on the force-carrying side.
In a further embodiment of the invention it is provided that the piston pin is mounted in two walls extending from the piston crown, which run parallel to the piston axis and perpendicular to the axis of the piston pin. This training results in a relatively simple design of the piston.
In a further embodiment of the invention, however, the two walls emanating from the piston crown can also be part of a tubular extension on the piston crown which surrounds the connecting rod eye. This results in a rigid connection between the piston pin bearings and the piston crown, which is unproblematic in the production.
In a further embodiment of the invention it is provided that a roller is mounted on the ends of the piston pin, whereby the walls extending from the piston crown for supporting the piston pin can also serve to support the rollers in the axial direction of the piston pin.
In a further embodiment of the invention, the outer profile of the rollers of the running surface of the liner can be adapted to the strips on which the rollers roll. In this way, larger surface pressures between rollers and liner can be avoided because the rollers can lie against the liner almost over their entire width.
In the context of the invention, the inside diameter of the bearing of the rollers can be smaller than the diameter of the piston pin at its bearing point. This can reduce the friction.
In a further embodiment of the invention it is provided that the rollers and the liner are hardened, the hardnesses being matched to one another in order to achieve the least possible wear.
The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment. 1 shows a piston according to the invention in axial section, FIG. 2 shows a section along the line II-I-I in FIG. 1 and FIG. 3 shows a section along the line 111-111 in FIG. 2.
The reciprocating piston --3-- is slidably arranged in the cylinder liner --2-- inserted in the cylinder --1--. The running surface of the liner --2-- is labeled --2 '-. The piston --3-- has a cylindrical part --5-- in the area of the rotating bowl-shaped combustion chamber trough-4--, which extends from the piston crown --3 '- and is provided with piston rings-6.
The connecting rod --7-- engages the piston pin --8--, which in turn is supported in two walls --9--, which are part of the tubular extension --15--, which is separated from the piston
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floor --3 '- extends and extends over the connecting rod eye --16--. The two walls --- 9-- run parallel to the piston axis --12-- and perpendicular to the axis --13-- of the piston pin - -8--. They form the bearings for the piston pin --8-- and also serve to axially support the rollers --10--, which are supported on the ends of the piston pin --8-- protruding from the walls --9--.
The piston pin --8-- is provided at both ends with stop pieces --17--, which have a spherical cap-shaped surface and with cylindrical shoulders --17 '- in the bore --8' - of the piston pin - 8-- are inserted. The rollers --10-- are supported, for example, by means of needle bearings --18-- and have outer profiles - which are adapted to the inner profile of the running surface --2 '-. The two rollers are mounted in such a way that the rollers only rest on the force-carrying side (in the drawings above) on the running surface --2 '- the bushing --2--, on the opposite side (in Fig. 2 below) ), however, have a game --14--, which is shown in Fig. 2 for the sake of clarity.
In practice, a game that is on the order of several hundredths of a millimeter will preferably be expected. Due to the shape of the outer profiles
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is kept low.
In the embodiment shown, the diameter of the piston pin --8-- is the same throughout; however, it is also possible to reduce the diameter for the bearing of the rollers --10--, which can be advantageous to reduce the friction.
The piston skirt ends above the piston pin --8-- with its piston ring part --5--, which has the usual large clearance 19 compared to the tread --2 '- the liner --2--. This part has recesses --5 '-, which serve to facilitate assembly.
The operation of the piston according to the invention is as follows: The side pressure of the connecting rod --7-- on the liner --2--, which occurs in all positions outside the dead center, causes the piston --8-- in the piston ring part to tilt slightly --5-- within its play --19-- opposite the tread --2 '-. Because the play --14-- of the rollers - compared to the tread --2 '- the liner --2-- is small in relation to the play --19-of the piston ring part --5--, the rollers come --10-- when the piston tilts immediately to rest on the tread --2 '- which causes the side pressure of the connecting rod --7-through the rollers --10-- fully on the tread --2' - the Liner --2-- is transferred.
In this way, the friction caused by the side pressure of the connecting rod is significantly reduced. This reduction can be further improved by various measures, such as storage of the rollers in needle bearings, appropriate selection of the bearing diameters for the rollers, hardening of the rollers and the liner and appropriate adjustment of these hardnesses. The axial forces acting on the rollers --10-- are absorbed by the walls --9--, which together with lugs-10'-the --10 '- of the rollers --10-- form thrust bearings. Corresponding ball bearings can also be used for this storage. Lubrication of the rollers - will generally be sufficient and customary from the crankcase.
PATENT CLAIMS:
1.Piston for internal combustion engines, the piston skirt of which ends above the piston pin with its piston ring part and whose piston pin transmits the side pressure of the connecting rod to the running surface of the liner via its ends, characterized in that rollers (10) or centrally at the ends of the piston pin (8) ) are stored and that the play (14) of the rollers (10) to the running surface (2 ') of the liner (2) is smaller than the play (19) of the piston ring part (5) in the liner (2), and the two Games are coordinated so that the rollers (10) are pressed against the running surface (2 ') of the liner (2) due to the additional small tilting movements of the piston caused by the side pressure of the connecting rod (7).