CH657667A5

CH657667A5 - PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH A PISTON RING AND A CYLINDER TUBE HAVING LUBRICATION OPENINGS.

Info

Publication number: CH657667A5
Application number: CH4884/82A
Authority: CH
Inventors: Goosen Joop Hellingman
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1982-08-16
Filing date: 1982-08-16
Publication date: 1986-09-15
Also published as: DK276883A; DK154905C; JPS6410653B2; SU1304753A3; GB2125515B; DK276883D0; DK154905B; IT8322440A1; GB8320671D0; IT1164379B; JPS5949355A; DE3231336C2; GB2125515A; IT8322440A0; DE3231336A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einem Kolbenring und einer Schmieröffnungen aufweisenden Zylinderlauffläche. The invention relates to a piston internal combustion engine with a piston ring and a cylinder running surface with lubrication openings.

Kolbenbrennkraftmaschinen dieser Art weisen den Nachteil einer ungenügenden Ölverteilung in Umfangsrichtung auf, da der Kolbenring beim Überstreichen der Schmieröffnungen eine Abstreifwirkung ausübt, wobei die zylinderkopfseitigen, der Lauffläche zugekehrten Kanten desselben das aus der jeweiligen Schmieröffnung austretende Öl wulstartig bzw. als Tropfen in Axialrichtung des Zylinders verschiebt. Die Folge ist, dass sich in der unmittelbaren Umgebung der Schmieröffnung eine übermässige Ölkonzentration ergibt, während im mittleren Bereich zwischen zwei Schmieröffnungen ein mangelhafter Schmierfilm vorliegt. Hierdurch ergibt sich eine übermässig rasche Abnutzung des Zylindereinsatzes im Bereich zwischen den Schmieröffnungen mit entsprechend verschlechterten Laufeigenschaften und Erhöhung des Schmiermittelverbrauchs der Kolbenbrennkraftmaschine. Piston internal combustion engines of this type have the disadvantage of insufficient oil distribution in the circumferential direction, since the piston ring exerts a wiping effect when the lubricating openings are swept over, the edges of the cylinder head on the side facing the tread displacing the oil emerging from the respective lubricating opening in a bead-like manner or as a drop in the axial direction of the cylinder . The result is that there is an excessive oil concentration in the immediate vicinity of the lubrication opening, while there is a defective lubrication film in the middle area between two lubrication openings. This results in excessively rapid wear of the cylinder insert in the area between the lubrication openings with correspondingly poorer running properties and an increase in the lubricant consumption of the piston internal combustion engine.

Zwar ist es z.B. gemäss der CH-PS 616 989 bekannt, die Schmieröffnungen als schräge Schmiernuten in der Zylinderwand auszubilden. Diese Ausführung ist jedoch mit verhältnismässig hohen Fertigungskosten verbunden. Although it is e.g. according to CH-PS 616 989 known to form the lubrication openings as oblique lubrication grooves in the cylinder wall. However, this version is associated with relatively high manufacturing costs.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kolbenbrennkraftmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei verhältnismässig geringen Fertigungskosten eine gleichförmige Ölverteilung in Umfangsrichtung gewährleistet und somit verbesserte Laufeigenschaften bei verringertem Schmiermittelverbrauch aufweist. The object of the invention is to provide a piston internal combustion engine of the type mentioned, which ensures a uniform oil distribution in the circumferential direction at relatively low production costs and thus has improved running properties with reduced lubricant consumption.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Lauffläche des Kolbenrings wenigstens eine sich in dessen Axialrichtung bis zur zylinderkopfseitigen Stirnfläche des Kolbenrings erstreckende Ausnehmung mit einem in der Lauffläche desselben schräg zur Umfangsrichtung verlaufenden kurbelwellenseitigen Begrenzungsrand vorgesehen ist. The solution to this problem is characterized in that in the running surface of the piston ring at least one recess extending in its axial direction up to the cylinder head-side end face of the piston ring is provided with a limiting edge on the crankshaft side running in the running surface thereof at an angle to the circumferential direction.

Hierdurch lässt sich beim Überstreichen der Schmieröffnungen durch den Kolbenring eine pflugartige Ausbreitung des Schmieröls in Umfangsrichtung über die ganze Zylinderlauffläche erreichen, wobei die Schmieröffnungen als einfache Kapillarbohrungen ausgestaltet sein können. Auf kostspielige Schmiernutenanordnungen in der Zylinderlauffläche kann somit verzichtet werden. As a result, when the lubricating openings are swept through the piston ring, a plow-like spread of the lubricating oil in the circumferential direction can be achieved over the entire cylinder running surface, wherein the lubricating openings can be designed as simple capillary bores. Costly lubrication groove arrangements in the cylinder running surface can thus be dispensed with.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung kann die Ausnehmung eine konkav gewölbte Fläche aufweisen. Hierdurch ist eine zusätzliche Ölspeicherwirkung der Ausnehmung gewährleistet. According to a particularly advantageous embodiment of the invention, the recess can have a concavely curved surface. This ensures an additional oil storage effect of the recess.

Nach einer anderen Ausführung der Erfindung kann der Kolbenring in seiner Lauffläche eine sich quer zur Kolbenringachse erstreckende Nut aufweisen, wobei die Nut über wenigstens zwei quer zur Umfangsrichtung verlaufende Kanäle mit der dem Zylinderkopf zugekehrten Seite des Kolbenrings verbunden ist und sich die Ausnehmung zwischen den zylinderkopfseitigen Mündungen von jeweils zwei aufeinander folgenden Kanälen erstreckt. Hierdurch lässt sich die durch die Kolbenringnut an sich bekannte Ölspeicherwirkung noch zusätzlich erhöhen. According to another embodiment of the invention, the piston ring may have a groove extending transversely to the axis of the piston ring in its running surface, the groove being connected to the side of the piston ring facing the cylinder head via at least two channels running transversely to the circumferential direction, and the recess being located between the openings on the cylinder head side extends from two successive channels. As a result, the oil storage effect known per se through the piston ring groove can be further increased.

Schliesslich kann die Massnahme getroffen sein, dass die Nut und/oder Kanäle schräg zur Umfangsrichtung verlaufen und dass der kurbelwellenseitige Begrenzungsrand der Ausnehmung die gleiche Schrägungsrichtung wie die Nut und/ oder Kanäle aufweist. Hierdurch wird eine zusätzliche Ver-grösserung der pflugartigen Ölverteilwirkung der Ausnehmung erreicht. Finally, the measure can be taken that the groove and / or channels run obliquely to the circumferential direction and that the boundary edge of the recess on the crankshaft side has the same oblique direction as the groove and / or channels. This achieves an additional increase in the plow-like oil distribution effect of the recess.

Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit nachstehender Zeichnung. Es zeigen: The invention is explained in more detail using exemplary embodiments in conjunction with the drawing below. Show it:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Zylinder einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem darin befindlichen, mit Kolbenringen versehenen Kolben, 1 shows a longitudinal section through the cylinder of a piston internal combustion engine with a piston located therein and provided with piston rings,

Fig. 2 einen Abschnitt eines der Kolbenringe nach Fig. 1 in vergrösserter Darstellung von vorne, in seiner Ringebene betrachtet, 2 shows a section of one of the piston rings according to FIG. 1 in an enlarged view from the front, viewed in its ring plane,

Fig. 3 einen Grundriss zu Fig. 2, 3 is a plan view of FIG. 2,

Fig. 4 einen Abschnitt eines anderen Kolbenrings in mit Fig. 2 analoger Darstellung, 4 shows a section of another piston ring in an illustration analogous to FIG. 2,

Fig. 5 einen Grundriss zu Fig. 4, 5 is a plan view of FIG. 4,

Fig. 6 einen Abschnitt eines gasdichten Kolbenrings in mit Fig. 2 analoger Darstellung, 6 shows a section of a gas-tight piston ring in a representation analogous to FIG. 2,

Fig. 7 einen Schnitt gemäss der Linie VII-VII nach Fig. 4, und Fig. 7 is a section along the line VII-VII of Fig. 4, and

Fig. 8 einen Schnitt gemäss der Linie VIII-VIII nach Fig. 8 shows a section along the line VIII-VIII according to FIG.

6. 6.

Eine Zylinderbüchse 10 (Fig. 1) einer Zweitakt-Dieselmaschine, z. B. für Schiffsbetrieb, ist in bekannter Weise mit Einlassöffnungen 12 und Auslassöffnungen 14 versehen und weist an ihrer inneren Zylinderwand 16 Schmierbohrungen 20 auf, welche mit Schmieröl gespeist werden. In der Zylinderbüchse 10 ist ein Kolben 22 beweglich angeordnet mit einem Oberteil 24, in welchem in Kolbenringnuten Kolbenringe 25 konventioneller Art sowie Kolbenringe 26,28,30 mit Ausnehmungen bzw. über den Umfang verlaufenden Nuten und Kanälen geführt sind. An den Oberteil 24 schliesst sich ein Unterteil 32 an, der eine im wesentlichen zylindrische Aus-senfläche aufweist, deren Aussendurchmesser etwas geringer ist als der Aussendurchmesser des Oberteils 24. Der Kolben 22 ist an einer nicht dargestellten Kolbenstange befestigt, deren anderes Ende in bekannter Weise an einem nicht dargestellten Kreuzkopf angelenkt ist. A cylinder liner 10 (Fig. 1) of a two-stroke diesel engine, e.g. B. for ship operation, is provided in a known manner with inlet openings 12 and outlet openings 14 and has on its inner cylinder wall 16 lubrication holes 20 which are fed with lubricating oil. A piston 22 is movably arranged in the cylinder liner 10 with an upper part 24, in which piston rings 25 of a conventional type and piston rings 26, 28, 30 with recesses or grooves and channels running over the circumference are guided in piston ring grooves. Connected to the upper part 24 is a lower part 32, which has an essentially cylindrical outer surface, the outer diameter of which is somewhat smaller than the outer diameter of the upper part 24. The piston 22 is fastened to a piston rod (not shown), the other end of which is known is articulated on a crosshead, not shown.

Der Kolbenring 26 (Fig. 2,3) weist in bekannter Weise eine zum Anpressen an die Zylinderwand 16 der Zylinderbüchse 10 bestimmte Lauffläche 34 sowie als Schloss einen Schlitz 38 auf, welcher eine Federung und ein Anpressen der Lauffläche 34 an die Zylinderwand 16 gestattet. The piston ring 26 (FIGS. 2, 3) has, in a known manner, a tread 34 intended to be pressed against the cylinder wall 16 of the cylinder liner 10 and, as a lock, a slot 38 which allows the tread 34 to be sprung and pressed against the cylinder wall 16.

Erfindungsgemäss weist der Kolbenring 26 in seiner Lauffläche wenigstens eine sich in dessen Axialrichtung bis zur According to the invention, the piston ring 26 has at least one in its tread in the axial direction thereof

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

3 3rd

657 667 657 667

zylinderkopfseitigen Stirnfläche 39 des Kolbenrings erstrek-kende Ausnehmung 40 mit einem in der Lauffläche 34 desselben schräg zur Umfangsrichtung verlaufenden kurbelwellenseitigen Begrenzungsrand 42 auf. Die Ausnehmung 40 weist eine ebene, schräge Fläche 36 auf, welche gemäss Fig. 7 zur oberen Stirnfläche 39 des Rings unter einem Winkel a verläuft, der zweckmässigerweise mehr als etwa 10° beträgt, jedoch kleiner als 90° ist. End face 39 of the piston ring on the cylinder head side has a recess 40 with a boundary edge 42 on the crankshaft side running in the running surface 34 thereof at an angle to the circumferential direction. The recess 40 has a flat, oblique surface 36 which, according to FIG. 7, extends at an angle a to the upper end face 39 of the ring, which is expediently more than about 10 °, but is less than 90 °.

Der Kolbenring 28 (Fig. 4, 5) weist eine über den Umfang desselben verlaufende Nut 37 auf und ist mit senkrecht zur Umfangsrichtung verlaufenden Kanälen 41 versehen, zwischen welchen sich die Ausnehmungen 43 erstrecken. Die Nut 37 weist einen halbkreisförmigen Querschnitt auf. The piston ring 28 (FIGS. 4, 5) has a groove 37 running over the circumference thereof and is provided with channels 41 running perpendicular to the circumferential direction, between which the recesses 43 extend. The groove 37 has a semicircular cross section.

Der gasdichte Kolbenring 30 (Fig. 6, 8) weist als Schloss 44 an seinen Enden ineinandergreifende Lappen 46,48 auf, wie z.B. aus der CH-PS 482 954 bekannt ist. In diesem Fall ist eine schraubenlinienförmige Nut 50 vorgesehen, welche vor dem Schloss 44 endet, wobei schräg zur oberen Stirnfläche verlaufende Kanäle 52 in die schraubenlinienförmig verlaufende Nut 50 einmünden. The gas-tight piston ring 30 (FIGS. 6, 8) has, as a lock 44, interlocking tabs 46, 48 at its ends, e.g. is known from CH-PS 482 954. In this case, a helical groove 50 is provided, which ends in front of the lock 44, channels 52 running obliquely to the upper end face opening into the helical groove 50.

Wie im vorgehenden Beispiel erstrecken sich die Ausnehmungen 54 zwischen den Kanälen 52. Der kurbelwellenseitige Begrenzungsrand 55 weist in diesem Falle die gleiche Schrägungsrichtung auf wie die Nut 50 bzw. die Kanäle 52. As in the previous example, the recesses 54 extend between the channels 52. In this case, the boundary edge 55 on the crankshaft side has the same inclined direction as the groove 50 or the channels 52.

Wie aus Fig. 8 hervorgeht, weist die Ausnehmung 54 in diesem Fall eine konkav gewölbte Fläche 53 auf, während die Nut einen dreieckförmigen Querschnitt aufweist, welcher in an sich bekannter Art und Weise zusätzlich eine Abnützungs-5 und Lagebestimmung für die Kolbenringe gestattet. As can be seen from FIG. 8, the recess 54 in this case has a concavely curved surface 53, while the groove has a triangular cross section which, in a manner known per se, additionally permits wear and position determination for the piston rings.

Für ein Betriebsbeispiel der zuletzt beschriebenen Kolbenbrennkraftmaschine wird angenommen, dass sich der Kolben 22 unter Einwirkung des Gasdruckes aus seiner unteren Totpunktlage in Richtung zum Zylinderkopf bewegt, io wobei gemäss Fig. 6 eine pflugartige Ausbreitung eines Schmierfilms des in der Ausnehmung 54 gespeicherten Schmieröls durch den schrägen Begrenzungsrand 55 stattfindet und die schematisch dargestellte Schmierbohrung 20 mit der Nut 50 koinzidiert. Gemäss den Pfeilen 56 strömt Gas 15 durch den Kanal 52 bzw. durch die Nut 50, wonach das Gas über die Schmierbohrung 20 strömt und die Schmierölverteilung in Umfangsrichtung beschleunigt. Zusätzlich dienen die Kanäle 52 zum Druckausgleich in Verbindung mit der Nut 50. For an operating example of the piston internal combustion engine described last, it is assumed that the piston 22 moves under the action of the gas pressure from its bottom dead center position towards the cylinder head, io whereby according to FIG. 6 a plow-like spread of a lubricating film of the lubricating oil stored in the recess 54 through the oblique Boundary edge 55 takes place and the schematically illustrated lubrication bore 20 coincides with the groove 50. According to the arrows 56, gas 15 flows through the channel 52 or through the groove 50, after which the gas flows through the lubrication bore 20 and accelerates the distribution of the lubricating oil in the circumferential direction. In addition, the channels 52 serve for pressure compensation in connection with the groove 50.

20 Es versteht sich, dass die Ausnehmungen 40,43, 54 auch als sich in einem Stück im wesentlichen über den ganzen Umfang des Kolbenrings erstreckend ausgebildet sein können. It goes without saying that the recesses 40, 43, 54 can also be embodied as extending in one piece essentially over the entire circumference of the piston ring.

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

657 667 PATENT CLAIMS

1. Piston internal combustion engine with a piston ring and a lubricating orifices having a cylinder running surface, characterized in that in the running surface (34) of the piston ring (26, 28, 30) at least one in its axial direction up to the end face (39) of the piston ring (26, 28) on the cylinder head side , 30) extending recess (40, 43, 54) is provided with a boundary edge (42, 55) in the tread (34) of the same, which extends obliquely to the circumferential direction.

2. Piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the recess (54) has a concavely curved surface (53).

3. Piston internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the piston ring (28,30) in its tread (34) has a groove extending transversely to the piston ring axis (37, 50), that the groove (37, 50) across at least two Channels (41, 52) extending in the circumferential direction are connected to the side of the piston ring (28, 30) facing the cylinder head, and that the recess (43, 54) extends between the openings on the cylinder head side of two successive channels (41, 52) .

4. Piston internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the groove (50) and / or channels (52) extend obliquely to the circumferential direction and that the crank-shaft-side boundary edge (55) of the recess (54) has the same oblique direction as the groove (50 ) and / or channels (52).