DE1012120B

DE1012120B - Pistons made of light metal for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1012120B
Application number: DESCH14676A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Kraemer
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1954-02-23
Filing date: 1954-02-23
Publication date: 1957-07-11

Description

Kolben aus Leichtmetall für Brennkraftmaschinen Gegenstand der Erfindung ist ein Brennkraftmaschinenkolben aus einer Leichtmetallegierung, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung, von dessen Boden die Wärme fortgeführt werden soll.Pistons made of light metal for internal combustion engines are the subject of the invention is an internal combustion engine piston made of a light metal alloy, preferably one Aluminum alloy from the bottom of which the heat is to be carried away.

Es sind Kolbenausführungen bekanntgeworden, bei denen frei in das Kolbeninnere hineinragende, eingegossene Teile vorgesehen werden. Diese rippenartigen Ansätze dienen aber vorwiegend zur Verstärkung des Kolbenschaftes und vermögen nur geringfügig die Wärme abzuführen.Piston designs have become known in which freely into the Cast-in parts protruding from the inside of the piston are provided. These rib-like However, approaches mainly serve to reinforce the piston skirt and are only able to to dissipate the heat slightly.

Die Anordnung angelöteter, aus separaten Ringen bestehender Rippen konzentrisch zueinander an dem flachen Boden des Kolbens zur Verstärkung desselben unter Einwirkung der Wärme ist ferner auch nicht mehr neu. Der Boden des Stahlkolbens ist in diesem Fall getrennt vom Kolbenkörper als flache Scheibe in denselben eingelegt.The arrangement of soldered ribs consisting of separate rings concentric to each other on the flat bottom of the piston to reinforce the same under the influence of heat is also no longer new. The bottom of the steel piston is in this case inserted separately from the piston body as a flat disk in the same.

Es ist ferner nicht mehr neu, Stangen- oder bandförmige Versteifungsglieder quer durch den Hohlraum des Kopfes eines Leichtmetallkolbens zu ziehen und solche Spannglieder einerseits im Kolbenkopf auf der Innenseite der Ringpartie und andererseits am oberen Teil des Kolbenschaftes einzugießen. Diese Verstrebungen bestehen aus einem Metall, das gegeniiber dem Leichtmetall des Kolbens einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, so daß eine Überwachung der thermischen Ausdehnung des Kolbenschaftes erfolgen kann.It is also no longer new, rod or ribbon-shaped stiffening links to pull across the cavity of the head of a light metal piston and such Tendons on the one hand in the piston head on the inside of the ring belt and on the other hand to be poured into the upper part of the piston skirt. These struts consist of a metal that has a lower coefficient of thermal expansion than the light metal of the piston has, so that a monitoring of the thermal expansion of the piston skirt can be done.

Zur Erzielung eines günstigen Laufspieles des Kolbens im Zylinder ist weiterhin auch schon in dem ersteren ein U-förmiger Bügel vorgesehen worden, dessen beide Schenkelenden in den Kolbenbolzenaugen verankert sind und dessen Scheitel mit dem Kolbenboden vergossen ist, während der zwischen Enden und Scheitel gelegene Bügelteil quer durch den Hohlraum des Kolbenkopfes geführt ist. Ein derartiges thermisches Steuerglied übernimmt gleichzeitig auch noch die Übertragung der auf den Kolbenboden während des Betriebes einwirkenden Kräfte auf die Kolbenbolzenaugen.To achieve a favorable running clearance of the piston in the cylinder a U-shaped bracket has also been provided in the former, both leg ends of which are anchored in the piston pin bosses and its apex is potted with the piston crown, while the one between the ends and the apex Bracket part is guided transversely through the cavity of the piston head. Such a thermal At the same time, the control element also takes over the transmission of the to the piston crown forces acting on the piston pin bosses during operation.

Die Fortführung der Wärme aus dem beaufschlagten heißen Kolbenboden über die Kolbenringzone nach dem Zylinder ist eine der Hauptforderungen, die für den Bau von Brennkraftmaschinen bestehen. Durch die Erfüllung dieser Bedingung gelingt es, den Schaftteil weitgehend von der Beeinflussung durch Wärme zu befreien. Ringförmige Elemente, die diese Aufgabe übernehmen, sind in der Regel mit Schlitzen und Löchern versehen.The continuation of the heat from the exposed hot piston crown about the piston ring zone after the cylinder is one of the main requirements for the construction of internal combustion engines exist. By meeting this condition succeeds it to free the shaft part largely from the influence of heat. Annular Elements that do this job are usually with slots and holes Mistake.

Die bisher bekanntgewordenen derartigen Drosselringe wurden bei der Herstellung des Kolbens mit eingegossen und so angeordnet, daß sie von der Kolbenbodenseite oder auch von der Ringpartieseite aus in den Wärmefließquerschnitt des Kolbenbodens bzw. der Ringpartie hineinragen und dadurch den Wärmefluß ganz oder teilweise abdrosseln. Die hierdurch erzwungene Verteilung des Wärmeflusses im Kolbenboden- bzw. Ringteilquerschnitt ist jedoch in dem bisher vorgenommenen Umfang nicht erwünscht, weil der verbleibende Querschnitt für. den Wärmefluß zu eng wird und sich eine zu starke Drosselung einstellt.The previously known such throttle rings were at the Manufacture of the piston with cast and arranged so that it is from the piston crown side or from the ring belt side into the heat flow cross section of the piston crown or the ring belt protrude and thereby throttle the heat flow completely or partially. The resulting distribution of the heat flow in the piston crown or ring part cross-section however, it is undesirable to the extent that it has been undertaken so far, because the remaining Cross section for. the heat flow becomes too narrow and the throttling is too great.

Um diesen Mangel zu beheben, sind erfindungsgemäß ein oder mehrere Ringe bzw. Segmente so in den Kolbenkopf bzw. in die Ringpartie eingegossen, daß sie zum Teil in den freien Kolbenraum hineinragen und gekühlt werden. An besonders hoch wärmebeanspruchten Stellen sind die Ringe bzw. Segmente enger angeordnet als an den übrigen Teilen des Kolbeninnern.In order to remedy this deficiency, one or more are according to the invention Rings or segments so cast into the piston head or in the ring belt that some of them protrude into the free piston space and are cooled. Of special The rings or segments are arranged more closely than those exposed to high temperatures on the other parts of the inside of the piston.

Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele.The drawing illustrates exemplary embodiments.

Abb. 1 bis 3 zeigen im Längsschnitt Teile des Kolbens; Abb. 4 veranschaulicht im. Grundriß i ne besondere Anordnung von Ringen bzw. Segmenten. . Entsprechend der Darstellung in kbb. 1 ist ein Ring a in den Kolben d eingegossen. Die Abschirmung kann auch durch ein eingegossenes Segmentstück oder durch mehrere segmentartige Körper erfolgen. Der Ring a ist kegelförmig ausgebildet und so angeordnet, daß er die obere Ringnut zum großen Teil abschirmt. Der Ring besitzt eine beliebige Anzahl Durchbrechungen b. Er ragt mit seinem Teil in das Kolbeninnere unterhalb des Kolbenkopfes. Der Ring a nimmt während des Betriebes eine verhältnismäßig hohe Temperatur an. Ein Teil der Wärme wird über die Rippen c, durch die der Ring a gehalten ist, an die Ringpartie weitergeleitet. Der größte Teil der Wärme wird vorteilhaft durch ein Kühlmittel dem Ring a entzogen. Auf diese Weise gelingt- es, die Wärmeableitung zu vergrößern und gleichzeitig eine Abschirmung des Wärmeflusses vom Kolbenboden zur Ringpartie vorzunehmen.Figs. 1 to 3 show parts of the piston in longitudinal section; Fig. 4 illustrates in. Ground plan i ne special arrangement of rings or segments. . According to the representation in kbb. 1 a ring a is cast into the piston d. The shielding can also be done by a cast-in segment piece or by several segment-like bodies. The ring a is conical and arranged so that it shields the upper ring groove for the most part. The ring has any number of perforations b. Its part protrudes into the interior of the piston below the piston head. The ring a assumes a relatively high temperature during operation. Part of the heat is passed on to the ring belt via the ribs c, through which the ring a is held. Most of the heat is advantageously withdrawn from the ring a by a coolant. In this way it is possible to increase the heat dissipation and at the same time to shield the heat flow from the piston crown to the ring belt.

Es besteht ferner auch die Möglichkeit, zwei Ringe c und k entsprechend der Darstellung nach Abb. 2 im Kolbenkopf einzugießen. Die beiden Ringe können konzentrisch zueinander liegen und verschieden großen Abstand von der Kolbenbodenoberfläche aufweisen. Hierdurch gelingt es, die Wärmeableitung von einer überhitzten Stelle des Kolbens zu einer weniger stark erwärmten Stelle hin zu steuern und die Drosselung im Wärmefließduerschnitt beliebig stark einzustellen. Die Kühlung der nicht umgegossenen, frei in das Kolbeninnere ragenden Ringteile kann durch eine Kühlflüssigkeit erfolgen, die in einem geschlossenen Raum unterhalb des Kolbenkopfes bei der Kolbenbewegung hin und her geschleudert wird.There is also the possibility of using two rings c and k accordingly to be poured into the piston head as shown in Fig. 2. The two rings can be concentric lie to each other and have different sizes of distance from the piston crown surface. This makes it possible to dissipate heat from an overheated point on the piston to steer to a less strongly heated point and the throttling in the heat flow thru section to be set as strong as desired. The cooling of the unmolded, freely in the piston interior protruding ring parts can be done by a cooling liquid in a closed Space below the piston head flung back and forth during the piston movement will.

Die Abb. 3 läßt die Anordnung mehrerer Abschirmringe im Innern des Kolbens erkennen. Auch hier wird eine Kühlflüssigkeit benutzt, die zwangläufig mittels einer besonderen Kühleinrichtung durch den Kolben gepumpt wird. Die aus dem Kolbenkopf bzw. der Ringpartie herausragenden freien Teile der Ringe f, g, h, i sind gegenüber dem Innenraum des Kolbens abgeschlossen. Hierzu dient ein besonders ausgebildeter Deckel r. Die Abschirmbleche g, h, i können entweder konzentrisch oder auch spiralig angeordnet sein, so daß das Kühlöl, welches sich oberhalb des Deckels r befindet, die freien Teile der Abschirmringe benetzt.Fig. 3 shows the arrangement of several shielding rings inside the piston. Here, too, a cooling liquid is used which is inevitably pumped through the piston by means of a special cooling device. The free parts of the rings f, g, h, i protruding from the piston head or the ring belt are closed off from the interior of the piston. A specially designed cover r is used for this purpose. The shielding plates g, h, i can be arranged either concentrically or spirally so that the cooling oil, which is located above the cover r, wets the free parts of the shielding rings.

Entsprechend der Darstellung in Abb. 4 sind im Kolbenboden m da, wo der letztere an einer Stelle q besonders hoch wärmebeansprucht ist, eine Anzahl Ringe n bzw. ein Segment p oder auch mehrere Segmente so angeordnet, daß sie im dichten Abstand zu liegen kommen, um eine möglichst schnelle Wärmeableitung durch das Kühlmittel zu erreichen.As shown in Fig. 4, a number of rings n or a segment p or even several segments are arranged in the piston crown m where the latter is particularly exposed to heat at a point q so that they come to lie closely spaced, in order to achieve the fastest possible heat dissipation through the coolant.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Light metal pistons intended for internal combustion engines with one or more cast rings or ring segments in the piston upper part, characterized in that the rings (a) or segment pieces (p) only partially in the Piston head (d, m) or are cast in the ring belt and one part is free protrude into the interior of the piston.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the rings or segments are liquid-cooled.

3. Piston according to claims 1 and 2, characterized in that the rings or segments are arranged in different sizes in the piston head (d, rn) and the cooling partly using cooling fins (c), partly by known ones Coolant takes place.

4. Piston according to claims 1 to 3, characterized in that the rings (n) or segments (p) are arranged at a closer distance from one another than at particularly high heat stressed points (q) on the piston head (d, m) the remaining parts of the piston.

5. Piston according to claims 1 to 4, characterized in that at a distance the free ends of the rings (f to i) or segments a cover plate (y) inside the piston is arranged so that a coolant space is created. Considered publications: British Patent No. 376,656; French Patent No. 757 277; U.S. Patents No. 2 267 724, 2 607 643.