DE1007560B

DE1007560B - Pistons for two-stroke internal combustion engines

Info

Publication number: DE1007560B
Application number: DESCH17844A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rudolf Schenk
Original assignee: FAG Kugelfischer Georg Schaefer KGaA; Kugelfischer Georg Schaefer and Co
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 1955-04-27
Filing date: 1955-04-27
Publication date: 1957-05-02

Description

DEUTSCHESGERMAN

Es ist bekannt, daß sich bei Verbrennungsmotoren das Spiel zwischen Zylinderwandung und Kolbenlauffläche mit zunehmender Erwärmung verkleinert. Das rührt davon her, daß der Kolben- und der ZylinderwerkstoffverschiedeneWärmeausdehnungskoeffizienten haben, und daß das Temperaturgefälle vom Kolben zum Zylinder mit der Erwärmung zunimmt. Bei schlitzgesteuerten Zweitaktmotoren erwärmen sich Kolben und Zylinder außerdem über ihren Umfang nicht gleichmäßig, und zwar wird der Kolben im Bereich des Auslaßschlitzes stärker erwärmt. Deshalb kann der Kolben zwischen der Auslaßseite und der gegenüberliegenden Seite im Zylinder klemmen. Hierdurch tritt Leistungsverlust durch erhöhte Kolbenreibung auf. Schließlich kann es zum Fressen des KoI-bens kommen. Allgemein überläßt man es dem Einlaufvorgang, daß an den Stellen, an welchen der Kolben bei Erwärmung auf Betriebstemperatur zum Klemmen neigt, sich das Spiel durch Verschleiß soweit vergrößert, daß starker Leistungsverlust oder Kolljenfressen nicht mehr auftreten kann. Diese Methode hat schwerwiegende Nachteile.It is known that in internal combustion engines there is a gap between the cylinder wall and the piston running surface shrinks with increasing warming. This is because the piston and cylinder materials have different coefficients of thermal expansion and that the temperature gradient from the piston to the cylinder increases with heating. at In the case of slot-controlled two-stroke engines, the pistons and cylinders also heat up over their circumference not evenly, namely the piston is heated more in the area of the outlet slot. That's why the piston can get stuck between the exhaust side and the opposite side in the cylinder. Through this performance loss occurs due to increased piston friction. Eventually it can eat the KoI-ben come. In general, it is left to the running-in process that at the points where the Piston tends to jam when heated to operating temperature, and play increases as a result of wear increased so that a strong loss of performance or collapse can no longer occur. This method has serious drawbacks.

Während des Einlaufvorganges tritt im betriebswarmen Zustand des Motors erhöhte Flächenpressung zwischen Kolben und Zylinder auf. Der damit verbundene große Verschleiß von Kolben und Zylinder ist erwünscht, damit die notwendige Kolbenpassung im warmen Zustand erreicht wird. Die Pressung zwischen Kolben und Zylinderwand steigt mit zunehmender Temperatur, nachdem erst einmal metallische Berührung zwischen Kolben ,und Zylinder eingetreten ist, sehr stark an. Es besteht daher immer die Gefahr, daß der Kolben auch bei nur geringfügiger Wärmeüberlastung des Motors frißt. Der Verschleiß, der an den durch Erwärmung drückenden Kolbenpartien notwendig wird, erstreckt sich sowohl auf dieSeite der :'; stärksten Erwärmung als auch auf die gegenüberliegende kältere Seite. Allgemein ist bei Zweitaktmotoren die Anordnung so getroffen, daß auf der dem Auslaßschlitz gegenüberliegenden Seite während des Arbeitshubes der Kolbenbahndruck auftritt. Wenn nun noch infolge Erwärmung die radialen Kräfte auf die Kolbenbahn und den Kolben in der Ebene des Auslaßschlitzes zunehmen, so erhöht sich der Kolbenbahndruck beträchtlich. Die Folge ist, daß auf der 4-5 Seite des größten Kolbenbahndruckes der größte Verschleiß auftritt. Der Kolben unterliegt also in diesem Fall an der Seite, die dem Gebiet der stärksten Erwärmung gegenüberliegt, der größten Abnutzung. Da gerade diese Partie für die Führung des Kolbens von Wichtigkeit ist, l>esteht die Gefahr, daß der Kolben bereits nach der Einlaufperiode zum Kippen kommt. An den Druckstellen sind die Bedingungen für die Schmierung ungünstig, weil der Schmierölfilm, der Kolben
für Zweitakt-VerbrennungsmotorenDuring the running-in process, when the engine is at operating temperature, there is increased surface pressure between the piston and cylinder. The associated high wear of the piston and cylinder is desirable so that the necessary piston fit is achieved when warm. The pressure between the piston and the cylinder wall increases sharply with increasing temperature, once metallic contact has occurred between the piston and the cylinder. There is therefore always the risk that the piston will seize, even if the engine is only slightly overheated. The wear that becomes necessary on the piston parts that are pressing due to heating extends to both the side of : '; strongest warming as well as on the opposite colder side. In general, in two-stroke engines, the arrangement is such that the piston path pressure occurs on the side opposite the exhaust port during the working stroke. If the radial forces on the piston path and the piston in the plane of the outlet slot increase as a result of heating, the piston path pressure increases considerably. The consequence is that the greatest wear occurs on the 4-5 side of the greatest piston path pressure. In this case, the piston is therefore subject to the greatest wear on the side opposite the area of the greatest heating. Since this part is of particular importance for guiding the piston, there is a risk that the piston will tip over after the run-in period. The conditions for lubrication at the pressure points are unfavorable because of the lubricating oil film, the piston
for two-stroke combustion engines

Anmelder:Applicant:

Kugelfischer Georg Schäfer & Co.,
Schweinfurt, Georg-Schäfer-Str. 30Puffer fisherman Georg Schäfer & Co.,
Schweinfurt, Georg-Schäfer-Str. 30th

Dipl.-Ing. Rudolf Schenk, Grötzingen (Kr. Nürtingen), ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Rudolf Schenk, Grötzingen (district of Nürtingen), has been named as the inventor

durch die hohe Temperatur dünnflüssig ist, bei Volllastbetrieb schnell verbraucht wird, ohne daß er neu aufgebaut werden kann. Die Zylinderwand erleidet hierbei ebenso Verschleiß wie der Kolben. Der Zylinder wird deshalb quer zum Kolbenbolzen in seinem Durchmesser größer und daher unrund.is thin due to the high temperature, is quickly consumed at full load without it being new can be built. The cylinder wall also suffers wear and tear, as does the piston. The cylinder is therefore larger in diameter across the piston pin and therefore out of round.

Die Erfindung bezweckt, diese Nachteile weitgehend zu vermeiden und erreicht das dadurch, daß die KolbenlaufHäche im Bereich des Auslaßschlitzes durch quer zur Kolbenaohse verlaufende Nuten unrterbrochen ist, so daß der Traganteil des Kolbens Auf dieser Seite verringert ist. Die. gegenüberliegende Kolbenseite behält jedoch ihre glatte Oberfläche und damit ihren vollen Traganteil. Nimmt der Kplben durch Erwärmung das .Maß-der Zylinderböhruhg an, so kann bei weiterer. Erwärmung der'Druck auf die Kolbenlauffläche nur so weit ansteigen, bis.-.die-Fließ* grenze des Kolbenwerkstoffes erreicht wird. Dieser Druck fällt aber erheblich kleiner aus, wenn, wie es die Erfindung vorsieht, der Kolben im Bereich der stärksten Erwärmung nicht seinen vollen Traganteil hat, weil darm an dieser Stelle infolge der verringerten Anlagefläche des Kolbens die Beanspruchung des Kolbenwerkstoffes bis zur Fließgrenze viel früher erreicht wird. Entsprechend kleiner fällt auch der Kolbendruck auf der gegenüberliegenden Seite aus, von der im allgemeinen zu den von der Erwärmung herrührenden radialen Kräften noch die von dem Verbrennungsdruck herrührenden Kolbenkräfte hinzukommen. The invention aims to largely avoid these disadvantages and achieves this in that the piston running surface in the area of the outlet slot is uninterrupted by grooves running transversely to the piston axis is, so that the bearing portion of the piston is reduced on this side. The. opposite However, the piston side retains its smooth surface and thus its full contact area. Takes the kplben by heating the .mass-the cylinder bore, so can with further. Warming of the 'pressure on the piston running surface only increase until -. The-flow * limit of the piston material is reached. However, this pressure turns out to be considerably smaller if, like, it the invention provides that the piston in the area of the strongest heating does not have its full contact has because darm at this point due to the reduced contact surface of the piston the stress of the Piston material up to the flow limit is reached much earlier. It also falls correspondingly smaller Piston pressure on the opposite side from that in general to that from heating radial forces originating from the piston forces originating from the combustion pressure.

Durch die Verminderung des Traganteils der Kolbenlauffläche auf der Seite des Auslaßschlitzes, auf der die höhere Temperatur auftritt, ist die Verformung des Kolbens im wesentlichen auf diese Seite beschränkt. Die Verformung des Kolbens tritt also örtlich begrenzt nur an denjenigen Stellen auf, an denen sie erforderlich ist. Die restlichen Stellen des Kolbenmantels sind von den durch die ErwärmungBy reducing the contact area of the piston running surface on the side of the outlet slot which the higher temperature occurs, the deformation of the piston is essentially on this side limited. The deformation of the piston occurs locally only at those points where it is required. The remaining parts of the piston skirt are affected by the heating

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bedingten großen radialen Kräften weitgehend entlastet und haben außerdem ihren vollen Traganteil. Daher ist an diesen Stellen der Kolbenwerkstoff viel geringer als bisher beansprucht. Dementsprechend ist der Verschleiß an diesen Stellen nur gering. Infolge der raschen Verformung des Kolbens auf der heißen Seite ist der Motor schon nach kurzer Einlaufzeit voll belastbar.' Darüber hinaus stellen die Nuten am Kolben an sich bekannte Ölspeicher dar, aus welchem Schmieröl bei normalen Laufbedingungen noch langere Zeit zur Verfügung steht.caused large radial forces largely relieved and also have their full load share. Therefore, the piston material is much less stressed than before at these points. Accordingly is the wear at these points is only slight. As a result of the rapid deformation of the piston on the hot On the side, the engine can be fully loaded after a short running-in period. ' In addition, the grooves on Pistons, known per se, represent oil reservoirs from which lubricating oil can be used for even longer periods under normal running conditions Time is available.

Die Nuteinstiche zur Verminderung des Traganteiles der Kolbenlauffläche auf der Seite des Auslaßschlitzes können rechteckigen oder dreieckigen bzw. trapezförmigen Querschnitt haben. Sie können entweder durch einseitiges Fräsen oder durch exzentrisches Drehen erzeugt werden.The groove recesses to reduce the bearing portion of the piston running surface on the side of the outlet slot can have a rectangular, triangular or trapezoidal cross-section. You can either can be produced by one-sided milling or by eccentric turning.

Nuteinstiche der Kolbenlauffläche sind an sich bekannt, jedoch erstrecken sich die Nuten, von wenigen bekannten Ausnahmefällen abgesehen, auf den ganzen Kolbenumfang. Sie bezwecken oft nur eine labyrinthartige Abdichtung des Verbrennungsraumes.Groove recesses in the piston running surface are known per se, but the grooves extend from a few apart from known exceptional cases, on the entire circumference of the piston. They often only aim at a labyrinthine Sealing of the combustion chamber.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigtThe invention is explained below using an exemplary embodiment shown in the drawing. It shows

Fig. 1 die Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kolbens in Richtung der Kolbenbolzenachse,1 shows the side view of a piston according to the invention in the direction of the piston pin axis,

Fig. 2 eine Draufsicht des Kolbens, wobei der Verlauf der Nuten übertrieben durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist,Fig. 2 is a plan view of the piston, the course of the grooves exaggerated by a dashed line Line is indicated,

Fig. 3 und 4 verschiedene Querschnittsformen der Nuteinstiche, in starker Vergrößerung.3 and 4 different cross-sectional shapes of the groove recesses, greatly enlarged.

Die Lauffläche des mit 1 bezeichneten Kolbens übli eher Gestalt ist unterhalb der Kalbenringnuten 2 von einer Vielzahl quer zur Kolbenachse verlaufender Nuteinstiche 3 unterbrochen, die im Verhältnis zu den Kolbenringnuten 2 nur eine geringe Tiefe und eine entsprechende kleine Teilung haben. Die Nuteinstiche 3, die vorzugsweise auf dem ganzen unterhalb der Kolbenringnuten 2 befindlichen Kolbenabschnitt vorgesehen sind, erstrecken sich nur auf ein weniger als 180° betragendes Bogenstück des Kolbenumfanges, und zwar auf diejenige, von der Achse der Kolbenbolzenbohrung 4 abgekehrte Seite, die bei eingebautem Kolben den Auslaßschlitz des Zylinders überläuft, und auf der der Kolben die höchste Temperatur annimmt. Die Nuteinstiche 3 können, wie schon erwähnt, durch einseitiges Fräsen oder durch exzentrisches Drehen erzeugt werden und dabei entweder in zur Kolbenachse senkrechter Ebene liegen oder schraubenlinienförmig verlaufen.The running surface of the piston designated by 1 is more of a shape below the calving ring grooves 2 of a plurality of transversely to the piston axis extending groove recesses 3 interrupted in relation to the Piston ring grooves 2 have only a small depth and a correspondingly small pitch. The grooves 3, which is preferably located on the entire piston section below the piston ring grooves 2 are provided, extend only to an arcuate section of the piston circumference that is less than 180 °, namely on the side facing away from the axis of the piston pin bore 4, which when installed Piston overflows the outlet slot of the cylinder, and on which the piston assumes the highest temperature. The groove recesses 3 can, as already mentioned, by one-sided milling or by eccentric turning are generated and either lie in a plane perpendicular to the piston axis or in a helical manner get lost.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform der Nuten mit rechteckigem Querschnitt. Bei dieser Ausführungsform bleibt der etwa auf die Hälfte verminderte Traganteil der genuteten Kolbenseite bei jeder Abnutzung gleich. Gibt man gemäß Fig. 4 den Nuteinstichen 3 einen dreieckigen oder trapezförmigen Querschnitt, so nimmt der Traganteil der Kolbenlauffläche mit fortschreitender Abnutzung nach Maßgabe des Flankenwinkels zu. Das ist dann erwünscht, wenn der Traganteil des Kolbens nach Beendigung der Einlaufperiode möglichst groß sein soll.Fig. 3 shows an embodiment of the grooves with a rectangular cross section. In this embodiment, the contact area, which has been reduced by approximately half, remains the grooved side of the piston the same with every wear. According to FIG. 4, the grooves 3 are added a triangular or trapezoidal cross-section, the bearing portion of the piston running surface takes with it progressive wear according to the flank angle. This is desirable if the The piston contact area should be as large as possible after the end of the running-in period.

Mitbestimmend für die Größe der maximalen radialen Kräfte ist der Abstand der Nuteinstiche 3. Beim Erreichen der Fließgrenze wird der Kolbenwerkstoff quer zur radialen Druckrichtung abgeschoben. Je kleiner die Abstände der Hohlräume sind, in die das Material fließen kann, desto kleiner sind auch die Wege, die das Material bei seiner Verdrängung zurücklegen muß. Deshalb fallen die für die Verdrängung des Materials erforderlichen radialen Druckkräfte bei gleicher Verringerung des Traganteils der Kolbenlauffläche umso kleiner aus, je kleiner der Nutabstand ist. Als günstig hat sich eine Teilung der Nutung von etwa 0,5 bis 1 mm erwiesen.The distance between the groove recesses 3 is also decisive for the size of the maximum radial forces When the flow limit is reached, the piston material is pushed off at right angles to the radial pressure direction. Ever The smaller the distances between the cavities into which the material can flow, the smaller they are Paths that the material has to cover when it is displaced. That's why they fall for repression of the material required radial compressive forces with the same reduction in the contact area of the The smaller the distance between the grooves, the smaller the piston running surface. A division of the Grooving of about 0.5 to 1 mm has been proven.

Claims

Patent claims:

1. Pistons for two-stroke internal combustion engines with exhaust port control, marked thereby net that its tread on the side that overflows the outlet slot through across the Piston axis arranged groove recesses (3) is interrupted, while the opposite side of the piston retains its smooth surface.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the groove recesses (3) are rectangular Have cross-section.

3. Piston according to claim 1, characterized in that the groove recesses one to the outside increasing, e.g. B. triangular or trapezoidal, cross-section.

4. Piston according to claims 1 to 3, characterized in that the division of the groove recesses is about 0.5 to 1 mm.

Considered publications:
German Patent No. 550 963;
U.S. Patent No. 2,381,065.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings