CH225228A - Pistons for internal combustion engines. - Google Patents

Pistons for internal combustion engines.

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CH225228A
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CH
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piston
shape
pistons
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internal combustion
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German (de)
Inventor
Schmidt G M B H Karl
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Schmidt Gmbh Karl
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/02Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion
    • F02F3/022Pistons  having means for accommodating or controlling heat expansion the pistons having an oval circumference or non-cylindrical shaped skirts, e.g. oval

Description

  

      Kolben    für     Brennkraftmaschinen.       Kolben für     Brennkraftmaschinen    müssen  bekanntlich unter Aufwendung peinlichster  Sorgfalt an ihrer Lauffläche mit grösster Ge  nauigkeit hergestellt werden. Dies gilt vor  zugsweise für Leichtmetallkolben. Insbeson  dere ist bei der Durchbildung des Mantels  der Beobachtung Rechnung zu tragen, dass  er an seiner tragenden Fläche sich während  des Betriebes durch die     Einwirkung    der  Wärme und unter dem Einfluss der aufzu  nehmenden mechanischen Kräfte stark ver  formt. Je grösser die Belastung ist, desto  stärker werden die Verformungen.  



  Um ungeachtet dieser Erscheinungen den  noch die Höchstleistung eines Motors zu er  zielen, ist es notwendig, den Kolben so aus  zubilden, dass er allseitig ein     bestimmtes     Spiel aufweist. Von der Wahl des letzteren  hängen auch die Grösse des Betriebsstoffver  brauches und die Lebensdauer ab.  



  Angestrebt     wi--d,    dass     aer    Kolben im be  triebswarmen Zustand und bei höchster Be  lastung mit dem     kleinstmöglichen    Spiel läuft.    Dabei muss das Auftreten von     Verklemmun-          gen    des Mantels vermieden werden. Zu die  sem Zwecke wurde bei bekannten Kolben  dem Mantel eine ovale Form im Querschnitt  gegeben.  



  Es ist     weiterhin.    bekannt, die Mantel  fläche des Kolbens durch stufenförmig an  einandergereihte     kegelige    Flächen zu bilden.  Hierdurch     wird    aber eine gleichmässige An  lage der ganzen Mantelfläche nicht erreicht.  Der Wärmeübergang ist demzufolge mangel  haft. Es entstehen neben     nichttragenden    Stel  len gleichzeitig Druckstellen, die zum Fres  sen der Kolben führen.  



  Es sind ferner     Kolbenausführungen    nicht  mehr neu, bei welchen der Kolben bei kreis  rundem     Querschnitt    in der     Längsrichtung     nach Art eines Doppelkegels oder auch kur  venförmig, z. B.     ähnlich    einem Fass, ge  schliffen ist. Durch eine solche     Formgebung     soll ebenfalls das     Klappern    vermieden wer  den.

   Wenn sich auch das Laufbild hierbei  gegenüber einem Kolben mit     rein    zylindri-      scher Ausbildung des Mantels verbessert, so  reicht doch auch diese Gestaltung allein nicht  aus, um     einen    gleichmässigen Wärmeüber  gang über sämtliche Querschnitte des Man  tels während des Betriebes zu erzielen, ohne  dabei Gefahr zu laufen, dass der Kolben ins  besondere bei grösseren Belastungen klemmt  oder gar frisst.  



  Es hat sich herausgestellt, dass bei be  kannten Kolben mit ovalem Querschnitt in  der Nähe des Bolzens eine genügende wärme  leitende Anlage an die Zylinderwand nicht  erzielt werden konnte. Es ist vielmehr beob  achtet worden, dass sich in den tiefen Aus  sparungen, die zwecks Vermeidung eines       Anreibens    des Kolbens in der Nähe seines  Bolzens vorgesehen wurden, während des Be  triebes Öl ansammelt, das bei der vorhandenen  hohen Temperatur zur Verkokung neigt. Die  sich bildenden Rückstände können ein     ein-          wändfreies    Arbeiten des Motors empfindlich  stören.  



  Der Kolben für     Brennkraftmaschinen     gemäss der Erfindung unterscheidet sich von  den bekannten Kolben dadurch, dass die Lauf  fläche in der     Längsrichtung    kurvenförmig  ausgebildet ist, und dass mindestens ein Teil  der Querschnitte des Kolbens eine von der  Kreisform abweichende Gestalt aufweist. Die  Art der zu wählenden Mantelform richtet  sich nach dem Verwendungszweck des Kol  bens und hängt zum Beispiel davon ab, für  welche Motorart und für welche Arbeitsweise  der Kolben Anwendung finden soll. Die       Schlifform    ist daher erfahrungsgemäss von  Fall zu Fall festzulegen.

   Es hat sich in der  Regel als zweckmässig erwiesen, den     Durch-          Messer    des Kolbens in der Richtung des Kol  benbolzens etwas kleiner zu wählen als senk  recht dazu.  



  Die Figuren der Zeichnung stellen Aus  führungsbeispiele der Erfindung dar.  



  Die     Fig.    1 zeigt die Kolben nach den       Fig.    2-6 in Ansicht.  



  Die     Fig.    2 veranschaulicht einen Quer  schnitt durch einen Kolben in Höhe des     Kol-          benbolzenlagers.       Die     Fig.    ss-5 sind Grundrisse von Kol  ben anderer Ausführungsform.  



       Fig.    6 veranschaulicht einen Querschnitt  durch einen weiteren Kolben in Höhe des       Kolbenbolzenlagers.     



  Die     Fig.    1 zeigt die Kolben     a    nach den       Fig.    2-6 in Ansicht, jedoch verzerrt ge  zeichnet, da der Unterschied zwischen dem       obern    und untern Durchmesser praktisch nur  einige Zehntelmillimeter beträgt. Die Lauf  fläche beschreibt somit in der Längsrichtung  des Kolbens eine sehwach gewölbte Kurve.  



  In der     Fig.    2 bedeutet der mit b bezeich  nete Kreis den Grundkreis der Zylinderboh  rung, während c die von der Kreisform leicht  abweichende Form des Kolbenmantels an der  Stelle des grössten Kolbenquerschnittes dar  stellt. d ist die äussere Mantelform des Kol  bens im durch das     Bolzenlager    gelegten  Querschnitt. Der grösste Durchmesser des  letzteren steht senkrecht zur Achse des Bol  zens und der     kleinste    Durchmesser liegt par  allel zum Bolzen. Mit einem solchen Kolben  lassen sich die besten Laufergebnisse er  zielen.  



  In der     Fig.    3 ist b wieder der Grund  kreis der Zylinderbohrung, c ist die Form  des Kolbenmantels an der offenen Stirn  seite und e die     Form    im Ringteil des Kol  bens. An beiden Stellen liegt der kleinste  Durchmesser in der Richtung der Bolzen  achse. Die mit f bezeichnete Oberkante des  Kolbens ist in derselben Richtung oval, der  kleinste Durchmesser liegt an dieser Stelle  somit ebenfalls parallel zur Kolbenbolzen  achse.  



       Fig.    4 zeigt eine weitere Möglichkeit für  die Durchbildung des Kolbenmantels. Der  Kopfkreis ist wiederum mit f bezeichnet,  aber vollständig kreisförmig, also konzen  trisch zu b ausgeführt. Der Kolbenmantel ist  so ausgebildet, dass er im Querschnitt von  der obern Stirnseite des Kolbens aus nach  unten hin oval wird. Die     Ovalität    im Ring  teil ist parallel zum Kolbenbolzen gerichtet,  während sie am offenen Ende des Kolbens  rechtwinklig zum Kolbenbolzen verläuft.      In     Fig.    5 wird unter b     wiederum    der  Grundkreis der Zylinderbohrung verstanden  und mit c die Form des Mantels an der offe  nen Kolbenseite bezeichnet.

   Der grösste Durch  messer verläuft an dieser Stelle quer zur  Längsrichtung des     Bolzenlagers,    während der  Kolbenmantel in Höhe des     Bolzenlagers    kreis  rund, also konzentrisch zum Grundkreis b ist,  wie dies der Kreis d veranschaulicht. Die  wieder mit f bezeichnete     Kolbenoberkante    am  Kolbenboden ist jedoch -entgegengesetzt oval  wie c ausgeführt. Der grösste Durchmesser  liegt hier parallel zum Bolzen. Die Mantel  fläche ist so ausgebildet, dass in der Längs  richtung des Kolbens ein allmählicher Über  gang von der einen     Querschnittsform    auf  die andere erfolgt.  



  Die     Fig.    6 zeigt einen Querschnitt durch  einen weiteren Kolben in der Höhe des     Kol-          benbolzenlagers.     



  Der Grundkreis der Zylinderbohrung  trägt wiederum das Bezugszeichen b. Die  Form des     Mantels    an der     Kolbenöffnung    ist  wie in     Fig.    2 oval und mit c angegeben, wäh  rend die Mantelform d in Höhe des Bolzen  lagers sich jedoch aus konzentrischen Kreis  bogenstücken     g    und h und aus     sehnenartig     verlaufenden Geraden<I>i</I> und     k    zusammen  setzt.    Die beschriebenen Kolbenformen bürgen so  für einen einwandfreien Kolbenlauf selbst  bei Höchstbelastungen.



      Pistons for internal combustion engines. As is known, pistons for internal combustion engines must be manufactured with the greatest possible accuracy on their running surface with the greatest possible care. This applies preferably to light metal pistons. In particular, when forming the jacket, it must be taken into account that it deforms strongly on its supporting surface during operation due to the action of heat and the influence of the mechanical forces to be absorbed. The greater the load, the greater the deformation.



  In order to achieve maximum engine performance regardless of these phenomena, it is necessary to train the piston so that it has a certain amount of play on all sides. The size of the fuel consumption and the service life also depend on the choice of the latter.



  The aim is for the pistons to run with the smallest possible play when they are warm and under maximum load. The occurrence of jamming of the jacket must be avoided. For this purpose, the jacket was given an oval shape in cross section in known pistons.



  It is still. known to form the jacket surface of the piston by stepped conical surfaces lined up. However, this does not result in a uniform position over the entire surface area. The heat transfer is therefore poor. In addition to non-load-bearing points, pressure points also arise that lead to the piston fretting.



  There are also piston designs no longer new in which the piston with a circular cross-section in the longitudinal direction in the manner of a double cone or curvilinear, z. B. similar to a barrel, ge is ground. Such a shape should also avoid rattling who the.

   Even if the running pattern is improved compared to a piston with a purely cylindrical shell, this design alone is not enough to achieve a uniform heat transfer over all cross-sections of the shell during operation without risk run that the piston jams or even eats, especially under heavy loads.



  It has been found that with known pistons with an oval cross-section in the vicinity of the bolt a sufficient heat-conducting contact on the cylinder wall could not be achieved. Rather, it has been observed that in the deep recesses that were provided in order to avoid rubbing the piston in the vicinity of its pin, oil accumulates during operation, which tends to coke at the high temperature present. The residues that form can seriously interfere with the smooth operation of the engine.



  The piston for internal combustion engines according to the invention differs from the known piston in that the running surface is curved in the longitudinal direction and that at least some of the cross sections of the piston have a shape deviating from the circular shape. The type of shell shape to be selected depends on the intended use of the piston and depends, for example, on the type of engine and the mode of operation of the piston. Experience has shown that the shape of the cut must therefore be determined on a case-by-case basis.

   As a rule, it has proven to be useful to select the diameter of the piston in the direction of the piston to be somewhat smaller than perpendicular to it.



  The figures of the drawing represent exemplary embodiments of the invention.



  Fig. 1 shows the pistons according to Figs. 2-6 in view.



  2 illustrates a cross section through a piston at the level of the piston pin bearing. Fig. SS-5 are plan views of Kol ben other embodiment.



       6 illustrates a cross section through a further piston at the level of the piston pin bearing.



  Fig. 1 shows the piston a according to FIGS. 2-6 in view, but distorted ge draws because the difference between the upper and lower diameter is practically only a few tenths of a millimeter. The running surface thus describes a slightly curved curve in the longitudinal direction of the piston.



  In Fig. 2, the designated circle with b denotes the base circle of the cylinder bore, while c represents the shape of the piston skirt slightly deviating from the circular shape at the point of the largest piston cross-section. d is the outer shell shape of the piston in the cross section through the pin bearing. The largest diameter of the latter is perpendicular to the axis of the bolt and the smallest diameter is parallel to the bolt. The best running results can be achieved with such a piston.



  In Fig. 3 b is again the basic circle of the cylinder bore, c is the shape of the piston skirt on the open end side and e is the shape in the ring part of the Kol ben. In both places, the smallest diameter is in the direction of the bolt axis. The upper edge of the piston labeled f is oval in the same direction, so the smallest diameter at this point is also parallel to the piston pin axis.



       Fig. 4 shows a further possibility for the formation of the piston skirt. The tip circle is in turn denoted by f, but completely circular, so performed concentrically to b. The piston skirt is designed in such a way that it becomes oval downwards in cross section from the upper end face of the piston. The ovality in the ring part is directed parallel to the piston pin, while at the open end of the piston it runs at right angles to the piston pin. In Fig. 5, b is in turn understood to be the base circle of the cylinder bore and c denotes the shape of the jacket on the piston side of the open face.

   The largest diameter at this point runs transversely to the longitudinal direction of the pin bearing, while the piston skirt at the level of the pin bearing is circular, so concentric to the base circle b, as the circle d illustrates. The upper edge of the piston on the piston crown, again designated by f, is, however, oval in contrast to c. The largest diameter here is parallel to the bolt. The jacket surface is designed in such a way that there is a gradual transition from one cross-sectional shape to the other in the longitudinal direction of the piston.



  6 shows a cross section through a further piston at the level of the piston pin bearing.



  The base circle of the cylinder bore again bears the reference symbol b. The shape of the shell at the piston opening is oval and indicated by c as in Fig. 2, while the shell shape d at the level of the bolt bearing is made up of concentric circular arc pieces g and h and of straight lines <I> i </ I which run like chords > and k is put together. The piston shapes described guarantee perfect piston running even under maximum loads.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Kolben für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche in der Längsrichtung kurvenförmig ausgebildet ist und dass mindestens ein Teil der Querschnitte des Kolbens eine von der Kreisform abwei chende Gestalt aufweist. <B>UNTERANSPRÜCHE:</B> 1. Kolben nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der grösste Durchmesser am Kolbenboden parallel zur Bolzenachse verläuft, während am offenen Ende der grösste Durchmesser im rechten Winkel dazu steht, wobei in der Längsrichtung des Kol bens ein allmählicher Übergang von der einen Querschnittsform auf die andere erfolgt. 2. Claim: Pistons for internal combustion engines, characterized in that the running surface is curved in the longitudinal direction and that at least some of the cross sections of the piston have a shape deviating from the circular shape. <B> SUBClaims: </B> 1. Piston according to patent claim, characterized in that the largest diameter at the piston head runs parallel to the pin axis, while at the open end the largest diameter is at right angles to it, with one in the longitudinal direction of the piston there is a gradual transition from one cross-sectional shape to the other. 2. Kolben nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelform in der Höhe des Bolzenlagers teils aus konzentri- schen Kreisbogenstücken (g, A), teils aus sehnenartig verlaufenden Geraden <I>(i,</I> k) <I>zu-</I> sammengesetzt ist. Piston according to patent claim, characterized in that the shell shape at the level of the pin bearing partly consists of concentric circular arc pieces (g, A), partly of straight lines <I> (i, </I> k) <I> to- < / I> is composed.
CH225228D 1939-04-20 1941-06-18 Pistons for internal combustion engines. CH225228A (en)

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