DD243530A1

DD243530A1 - IRONING PISTONS FOR PISTON PISTON ENGINES

Info

Publication number: DD243530A1
Application number: DD28447685A
Authority: DD
Inventors: Wolf Fussan; Oswald Kubatschka; Hans-Georg Luedecke; Guenther Eberhard; Josef Jahn; Klaus Hellwig
Original assignee: Ifa Motorenwerke
Priority date: 1985-12-17
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1987-03-04

Abstract

Die Erfindung bezieht sich vor allem auf Kolben fuer Hochleistungsdieselmotoren in Nutzkraftwagen und strebt einen hoeheren Gebrauchswert bezueglich der Standzeit an. Die technische Aufgabenstellung, diesen erhoehten Forderungen mit vertretbarem Herstellungsaufwand zu entsprechen, wird durch ein Buendel konstruktiver Merkmale geloest. Dazu gehoert, dass der mit zentral angeordnetem, rotationssymmetrischem Brennraum ausgefuehrte Kolben mit von der Kolbenringzone abgesetzten Fuehrungsschaftrudimenten aus einem Kolbenoberteil als Stahlschmiede- bzw. Stahlfeingussteil und aus einem gusseisernen Kolbenunterteil besteht, wobei die Trennebene durch den durchmssergroessten Teil des Brennraumes verlaeuft und die Beruehrungsflaechen vorzugsweise fuer eine Reibschweissverbindung vorbereitet sind. Das Kolbenunterteil weist ausserdem eine angegossene, umlaufende Fangrinne fuer von unten eingespritztes Schmieroel auf; diese Fangrinne beginnt wenig unterhalb der Trennebene und erstreckt sich, nach aussen ansteigend, bis zur Kolbenringzone, ohne diese allerdings zu erreichen. FigurThe invention relates primarily to pistons for heavy duty diesel engines in commercial vehicles and seeks a higher utility value with respect to the life. The technical task to meet these increased demands with reasonable manufacturing effort is solved by a bundle of constructive features. To this belongs that with centrally arranged, rotationally symmetrical combustion chamber executed piston with remote from the piston ring zone Fühhrungsschaftrudimenten from a piston upper part as Stahlschmiede- or Stahlfeingussteil and a cast iron piston lower part, the parting plane runs through the durchsssergroessten part of the combustion chamber and the Beruehrungsflaechen preferably for a Reibschweissverbindung are prepared. The lower piston part also has a molded, circumferential gutter for lubricating oil injected from below; this gutter begins a little below the parting line and extends, ascending outwards, to the piston ring zone, but without reaching it. figure

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf Kolben,.wie sie vor allem in Hochleistungsdieselmotoren für Nutzkraftwagen, Landmaschinen und ähnliche Arbeitsaggregate zum Einsatz kommen.The invention relates to pistons,. As they are mainly used in heavy-duty diesel engines for commercial vehicles, agricultural machinery and similar work equipment.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist ein einstückiger Gußkolben bekannt, der zwischen Kolbenringzone und rudimentär ausgebildetem Führungsschaft eine umlaufende Unterbrechung aufweist (DD-PS 200037). Kolbenringzone und Kolbenboden sind über eine Fortführung des zentralen Kolbenbrennraumes mit den Bolzenlageraugen und dem Führungsschaft verbunden.It is known a one-piece cast piston, which has a circumferential interruption between piston ring zone and rudimentary trained leadership shank (DD-PS 200037). Piston ring zone and piston crown are connected via a continuation of the central piston combustion chamber with the bolt bearing eyes and the guide shaft.

Die für festigkeitsmäßig hohe Belastungen konzipierten Kolben der beschriebenen Art erfordern in der Regel eine Kühlung, die in relativ einfacher Weise durch Anspritzen der Kolbenbodenunterseite mittels Schmieröl erfolgt. In diesem Zusammenhang ermöglicht eine Gußkolbenausführung gemäß DD-PS 91162 durch eine an die Kolbenringzone angegossene, sich zum Kolbenboden hin ansteigend nach innen erstreckende Fangrinne, daß angespritztes Kühlöl zurückgehalten und zur intensiveren Kühlung des Kolbens genutzt wird. Während bei der erstgenannten Kolbenausführung der Kühleffekt für höhere Belastungsfälle nicht ausreicht, gestaltet sich die durch eine Fangrinne ergänzte Kolbenvariante als gießtechnisch aufwendig. Generell unbefriedigend ist der Umstand, daß Grau- bzw. Sphärogußkolben angesichts der Thermoschockbelastung vor allem im Brennraumbereich einerseits und des Bestrebens nach massearmer Ausführung andererseits kaum einen akzeptablen Kompromiß zulassen.The conceived for strength high loads piston of the type described generally require cooling, which is done in a relatively simple manner by injecting the piston crown base by means of lubricating oil. In this context, a Gußkolbenausführung described in DD-PS 91162 by a molded to the piston ring zone, the piston crown rising toward inwardly extending gutter that injected molded cooling oil is retained and used to intensify cooling of the piston. While in the former piston design of the cooling effect is not sufficient for higher load cases, the complemented by a gutter piston variant designed as casting complex. Generally unsatisfactory is the fact that gray or spheroidal cast iron piston on the other hand hardly allow an acceptable compromise in view of the thermal shock load, especially in the combustion chamber area on the one hand and the endeavor after low-mass execution.

Object of the invention

Durch die Erfindung soll ein Eisenkolben geschaffen werden, der hinsichtlich seiner thermischen wie festigkeitsmäßigen Standzeit einen höheren Gebrauchswert besitzt.The invention provides an iron piston to be created, which has a higher utility value in terms of its thermal as strength life.

Explanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, den genannten Anforderungen mit vertretbarem Herstellungsaufwand gerecht zu werden.The technical object of the invention is to meet the stated requirements with reasonable production costs.

Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, daß ein Eisenkolben mit zentralem, rotationssymmetrischem Brennraum und gegenüber dem rudimentär ausgebildeten Führungsschaft abgesetzter Kolbenringzone aus zwei Teilen aus unterschiedlichen Eisenwerkstoffen zusammengesetzt ist und nachstehende Merkmale gemeinsam aufweist:The solution to this problem is inventively made possible in that an iron piston with a central, rotationally symmetrical combustion chamber and compared to the rudimentary trained leadership shaft stepped piston ring zone is composed of two parts of different iron materials and has the following features together:

— das aus Kolbenringzone, Kolbenboden und Brennraumöffnung bestehende Kolbenoberteil ist ein Stahlschmiedeteil bzw. ein Stahlfeingußteil, während das Kolbenunterteil aus Grau- bzw. Sphäroguß besteht,The piston upper part consisting of the piston ring zone, the piston head and the combustion chamber opening is a steel forging part or a steel fine casting part, while the piston lower part consists of gray cast iron or ductile iron,

— die zur Kolbenbodenoberseite parallele Trennebene zwischen Kolbenoberteil und -unterteil verläuft im wesentlichen durch den durchmessergrößten Teil des Brennraumes,- The parallel to the piston crown top parting plane between the piston upper part and lower part extends substantially through the largest part of the combustion chamber,

— das Kolbenunterteil besitzt eine vom trennebenennahen Umfang ausgehende, zur Kolbenringzone hin ansteigend ausgeführte, umlaufende, nach Komplettierung mit dem Kolbenoberteil einen ringförmigen Hohlraum bildende Fangrinefür durch eine Öffnung eingespritztes Kühlöl, wobei der Außendurchmesser der Fangrinne den Innendurchmesser der Kolbenringzone geringfügig unterschreitet und die Fangrinne oberhalb der Abflußöffnungen, die in der Ringnut für den Ölabstreifring angeordnet sind, endet,- The lower piston part has an outgoing from the dividing plane periphery, the piston ring zone rising upward, circumferential, after completion with the piston upper part forming an annular cavity Fangrinefür injected through an opening cooling oil, the outer diameter of the gutter slightly below the inner diameter of the piston ring zone and the gutter above the Outlet openings, which are arranged in the annular groove for the oil scraper ring ends,

— die Flächen von Koibenober- und -unterteil, die sich in der Trennebene berühren, sich vorzugsweise im Hinblick auf eine Reibschweißverbindung gestaltet.- The surfaces of Koibenober- and -unterteil, which touch in the parting plane, preferably designed with a view to a friction-welded connection.

Eine geringfügig außermittige Anordnung des rotationssymmetrischen Brennraumes hat keinen negativen Einfluß auf die Herstellung eines nach vorstehenden Merkmalen gestalteten Kolbens.A slightly eccentric arrangement of the rotationally symmetrical combustion chamber has no negative influence on the production of a piston designed according to the above features.

Eine erfindungsgemäße Besonderheit bezüglich der Trennebene besteht darin, daß die bei der Herstellung der Schweißverbindung aufeinanderliegenden Flächen von Kolbenober- und -unterteil konisch verlaufen, wobei eine unterschiedliche Konizität möglich ist.A particular feature of the invention with respect to the parting line is that the superposed in the production of the weld surfaces of Kolbenober- and -unterteil run conically, with a different conicity is possible.

Eine weitere Besonderheit stellt die Einarbeitung einer kleinen Stufe am Innenumfang des unteren Randes der Kolbenringzone dar, wobei sich diese Stufe dachförmig über den äußeren Umfang der Fangrinne erstreckt.Another feature is the incorporation of a small step on the inner periphery of the lower edge of the piston ring zone, this step extends roof-shaped over the outer circumference of the gutter.

Das schließt eine erfindungsgemäß zum Kolbenboden nicht parallel, sondern geneigt angeordnete Fangrinne nicht aus, womit eine bessere Rundumverteilung des Kühlöles erzielbar ist.This does not exclude an inventive to the piston head not parallel, but inclined arranged gutter, whereby a better all-round distribution of the cooling oil can be achieved.

Ein derart konzipierter Eisenkolben vereinigt in sich entscheidende Vorzüge. Das thermisch wie festigkeitsmäßig am stärksten beanspruchte Kolbenoberteil besteht aus einer thermoschockbeständigen Stahllegierung, die durch Schmieden oder Feinguß eine problemlose Herstellung der geometrisch vereinfachten Form erlaubt und insbesondere der Rißanfälligkeit des Kolbens im Bereich des Brennraumrandes wirkungsvoll begegnet. Für das thermisch weniger beanspruchte Kolbenunterteil gegnügt eine gußeiserne Ausführung, wobei die Kolbenteilung eine relativ einfache Gießtechnologie ermöglicht. , Während also eine Hohlraumstruktur bei den beiden Kolbenteilen vermieden wurde, ergibt sich diese in einfacher und doch funktionsgerechter Weise beim Zusammenfügen von Kolbenober- und -unterteil, deren Reibschweißverbindung ebenfalls eine aufwandsarme Technologie für große Stückzahlen darstellt. Infolge des Abstandes zwischen Fangrinne und Kolbenringzone ergeben die materialbedingt unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten keine Wärmespannungen. Schließlich ermöglicht die intensivere Kolbenkühlung einen niedrigen Feuersteg mit seinen vorteilhaften Auswirkungen auf Schadraum bzw. K raftstoff ö ko η ο m i e.Such a designed iron piston combines in itself decisive advantages. The thermally and in terms of strength most stressed piston upper part consists of a thermal shock resistant steel alloy, which allows a smooth production of the geometrically simplified shape by forging or investment casting and in particular the crack susceptibility of the piston in the region of the combustion chamber edge effectively countered. For the thermally less stressed piston lower part satisfied a cast iron design, the piston pitch allows a relatively simple casting technology. Thus, while a cavity structure was avoided in the two piston parts, this results in a simple yet functional way when joining Kolbenober- and -unterteil, the Reibschweißverbindung also represents a low-complexity technology for large numbers. Due to the distance between gutter and piston ring zone, the material-related different expansion coefficients yield no thermal stresses. Finally, the more intensive piston cooling enables a low top land with its advantageous effects on dead space or fuel economy.

embodiment

Anhand einer Zeichnung, die einen Kolben im Längsschnitt zeigt, wird die Erfindung näher erläutert.Reference to a drawing showing a piston in longitudinal section, the invention is explained in detail.

Der erfindungsgemäße Eisenkolben besteht aus dem Kolbenoberteil 1 und dem Kolbenunterteil 2, die sich mit relativ kleinen, vorzugsweise ringförmigen Stirnflächen im Bereich der Trennebene 3 berühren. Dabei kann es aus technologischen Gründen zweckmäßig sein, diese Flächen konisch zu gestalten, wobei sowohl eine nach innen als auch eine nach außen geneigte Erstreckung möglich ist (in der rechten Hälfte der Schnittdarstellung ist die letztgenannte Variante dargestellt). Das vorzugsweise geschmiedete Kolbenoberteil 1 weist eine zentrisch im Kolbenboden 4 angeordnete Brennraumöffnung 5 des hyperboloidförmigen Brennraumes 6 sowie die Kolbenringzone 7-auf, deren unterste, für den Ölabstreifring vorgesehene Ringnut 8 Abflußbohrungen 9 besitzt. Das gußeiserne Kolbenunterteil 2 mit seinen Bolzenlageraugen 10 und den Führungsschaftrudimenten 11 beinhaltet außerdem die untere Ausrundung 12 des Brennraumes 6 sowie eine in diesem Bereich als umlaufend auskragend angegossener, dünnwandiger Rand vorgesehene Farigrinne 13, deren äußerer Umfang 14 sowohl über dem Niveau seines Ansatzes am Kolbenunterteil 2 als auch über der Ebene der Abflußbohrungen 9 in der Kolbenringzone 7 liegt und zum Innendurchmesser der Kolbenringzone 7 einen solchen Abstand aufweist, daß eine materialbedingt unterschiedliche Ausdehnung beim Kolbenbetrieb zu keiner störenden Berührung führen kann. Durch eine ausreichend große, zweckmäßigerweise trichterförmig ausgebildete Öffnung 15 in der Fangrinne 13 wird kühlendes Schmieröl in den von Fangrinne 13 und Kolbenoberteil 1 gebildeten Hohlraum 16 eingespritzt. Eine ausreichende Erneuerung der Kühlölmenge ergibt sich infolge des Äbfließens durch Abflußöffnungen 17 in der Fangrinne 13. Ein unbeabsichtigtes Abfließen durch den peripheren Ringspalt zwischen Fangrinne 13 und Kolbenringzone 7 läßt sich durch eine am Innenumfang der Kolbenringzone 7 eingearbeitete Stufe 18, die den äußeren Umfang 14 der Fangrinne 13 überdeckt (dargestellt im rechten Teil der Schnittdarstellung), vermeiden.The iron piston according to the invention consists of the upper piston part 1 and the lower piston part 2, which touch each other with relatively small, preferably annular end surfaces in the region of the parting plane 3. It may be expedient for technological reasons to make these surfaces conical, with both an inwardly and outwardly inclined extension is possible (in the right half of the sectional view of the latter variant is shown). The preferably forged piston upper part 1 has a centrally arranged in the piston head 4 combustion chamber opening 5 of the hyperboloid combustion chamber 6 and the piston ring zone 7, whose lowermost, provided for the oil scraper annular groove 8 8 Abflußbohrungen has. The cast-iron piston lower part 2 with its bolt bearing eyes 10 and the Führungsschaftrudimenten 11 also includes the lower fillet 12 of the combustion chamber 6 and a projecting in this area as encircling encircling, thin-walled edge provided Farigrinne 13 whose outer circumference 14 both above the level of his approach to the lower piston part. 2 as well as above the level of the drain holes 9 in the piston ring zone 7 and the inner diameter of the piston ring zone 7 has such a distance that a material-related different expansion during piston operation can lead to no disturbing contact. By a sufficiently large, suitably funnel-shaped opening 15 in the gutter 13 cooling lubricating oil is injected into the cavity 16 formed by the gutter 13 and upper piston part 1. An adequate renewal of the amount of cooling oil is due to the Äbfließens through discharge openings 17 in the gutter 13. An unintentional flow through the peripheral annular gap between the gutter 13 and piston ring zone 7 can be through an incorporated on the inner circumference of the piston ring zone 7 stage 18, the outer circumference 14 of Catch gutter 13 covered (shown in the right part of the sectional view), avoid.

Im Bereich der durch den größten Durchmesser des Brennraumes 6 verlaufenden Trennebene 3 ist der Eisenkolben ausnahmslos rotationssymmetrisch ausgebildet, was ihn für eine Reibschweißverbindung geradezu prädestiniert. Dabei entstehende Stauchwülste stören innerhalb des Hohlraumes 16 nicht bzw. sind im Brennraum 6 durch einfache mechanische Bearbeitung zu beseitigen.In the area of the separating plane 3 extending through the largest diameter of the combustion chamber 6, the iron piston is invariably rotationally symmetrical, which predestines it for a friction-welded connection. The resulting bulges do not interfere within the cavity 16 or are eliminated in the combustion chamber 6 by simple mechanical processing.

Claims

Invention claim:

1. iron piston for reciprocating internal combustion engines, which are separated from the piston ring zone, opposing Führungsschaftrudimente on support ribs are also connected to the bolt bearing eyes as the centrally arranged in the injection-cooled piston crown, rotationally symmetric combustion chamber, characterized in that the iron piston is composed of two parts of different iron materials, said the piston upper part (1) with piston ring zone (7), piston head (4) and combustion chamber opening (5) is a steel forged or steel fine casting, while the piston lower part (2) consists of gray or spheroidal graphite cast iron that faces the top of the piston crown (4 ) parallel separating plane (3) extends substantially through the largest part of the combustion chamber (6) that the piston lower part (2) starting from the dividing plane near the periphery, to the piston ring zone (7) rising, running, with the piston upper part (your annular cavity ( 16) forming F. Angrinne (13) for usually through an opening (15) has injected cooling oil, wherein the outer diameter of the gutter (13) the inner diameter of the piston ring zone (7) slightly below and the gutter (13) above the Ölabstreifring associated outflow holes (9) in the Piston ring zone (7) ends, and that in the parting plane (3) contacting surfaces of upper piston part (1) and lower piston part (2) are preferably designed with respect to a friction-welded connection.

2. iron piston according to item 1, characterized in that a slightly eccentric arrangement of the rotationally symmetrical combustion chamber (6). *

3. iron piston according to item 1 and 2, characterized in that in the parting plane (3) contacting surfaces of upper piston part (1) and lower piston part (2) are conical.

4. iron piston according to item 3, characterized in that in the parting plane (3) contacting surfaces of upper piston part (1) and lower piston part (2) have a different conicity.

5. iron piston according to item 1 to 4, characterized in that on the inner circumference of the lower edge of the piston ring zone (7) has a step (18) is provided which extends in a roof shape over the outer periphery (14) of the gutter (13).

6. iron piston according to item 1 to 5, characterized in that the gutter (13) has a piston bottom (4) inclined extension, wherein preferably the side on which the opening (15) is to be injected oil, the shortest distance to Has piston bottom (4).