DE10124862A1 - Trapezoidal connecting rod for an internal combustion engine comprises a trapezoidal head tapering between inclined end faces near a zone of the peripheral edge of a piston bolt bore facing a connecting rod shank - Google Patents
Trapezoidal connecting rod for an internal combustion engine comprises a trapezoidal head tapering between inclined end faces near a zone of the peripheral edge of a piston bolt bore facing a connecting rod shankInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Trapezpleuel für eine Brennkraftmaschine mit einem zur Aufnahme eines Kolbenbolzens vorgesehenen Pleuelauge, einem Kurbelzapfenauge und einem sich zwischen diesen Augen erstreckenden Pleuelschaft. Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen zur Koppelung mit einem Trapezpleuel vorgesehenen Kolben.The invention relates to a trapezoidal connecting rod for an internal combustion engine with a Inclusion of a piston pin provided connecting rod eye, a Crank pin eye and one extending between these eyes Connecting rod shaft. Furthermore, the invention also relates to one for coupling to a Trapezoidal connecting rods provided pistons.
In MTZ 62 (2001) 4 Seite 285 Bild 10 sind ein Trapezpleuel und ein (Normal-) Pleuel mit planparallelen Pleulauge-Stirnflächen jeweils mit zugehörigem Kolben dargestellt. Bei einer Belastung des Pleuelauges eines Trapezpleuels auf Druck wird, gegenüber einer Normal-Pleuelvariante, eine verbesserte Kraftübertragung erreicht. Bei einer Belastung des Pleuelauge eines Trapezpleuels auf Zug ergeben sich gegenüber der Normal-Pleuelvariante erhöhte Flächenpressungen im oberen Lagerbereich des Pleuelauges. In Abhängigkeit von der Zugbelastung der Verbindung zwischen Kolben und Pleuel ergeben sich Grenzen für den Abschrägungswinkel des Trapezkopfes.MTZ 62 ( 2001 ) 4 page 285 Fig. 10 shows a trapezoidal connecting rod and a (normal) connecting rod with plane-parallel connecting rod end faces, each with an associated piston. When the connecting rod eye of a trapezoidal connecting rod is loaded under pressure, an improved power transmission is achieved compared to a normal connecting rod variant. When the connecting rod eye of a trapezoidal connecting rod is subjected to tension, there is increased surface pressure in the upper bearing area of the connecting rod eye compared to the normal connecting rod variant. Depending on the tensile load on the connection between the piston and the connecting rod, there are limits for the bevel angle of the trapezoidal head.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Trapezpleuel sowie einen zur Koppelung hiermit vorgesehenen Kolben zu schaffen, durch welchen eine erhöhte Belastbarkeit der Gelenkverbindung erreicht wird.The invention has for its object a trapezoidal connecting rod and a Coupling hereby provided pistons, through which an increased Resilience of the joint connection is achieved.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Trapezpleuel mit einem Trapezkopf der eine zur Aufnahme eines Kolbenbolzens vorgesehene Kolbenbolzenbohrung aufweist, einer zur Aufnahme eines Kurbelzapfens vorgesehenen Kurbelzapfenbohrung und einem sich zwischen den beiden Bohrungen erstreckenden Pleuelschaft, wobei der Trapezkopf im Bereich der Kolbenbolzenbohrung von Pleuelauge-Stirnflächen begrenzt ist, die gegenüber einer Radialebene des Kolbenbolzens unter einem Trapezwinkel (α) derart geneigt ausgerichtet sind, dass sich die, durch die Pleuelauge-Stirnflächen definierten Stirnebenen auf einer, dem Pleuelschaft abgewandten Seite schneiden, und eine Verjüngung des Trapezkopfes zwischen den geneigten Pleuelauge-Stirnflächen erst nahe einer zum Pleuelschaft hinweisenden Zone der Umfangskante der Kolbenbolzenbohrung einsetzt.This object is achieved by a trapezoidal connecting rod with a Trapezoidal head the one intended for receiving a piston pin Piston pin bore, one for receiving a crank pin provided crank pin bore and one between the two Bores extending connecting rod shaft, the trapezoidal head in the area of Piston pin bore is limited by connecting rod end faces that are opposite a radial plane of the piston pin so inclined at a trapezoidal angle (α) are aligned so that the, defined by the connecting rod end faces Cut end planes on one side facing away from the connecting rod and one Taper the trapezoidal head between the inclined connecting rod end faces first near a zone of the circumferential edge of the Piston pin bore is inserted.
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, das in Axialrichtung des Kolbenbolzens bestehende Axialspiel zwischen dem Kolben und dem Pleuel zu verkleinern. Hierdurch ergibt sich eine höhere Strukturfestigkeit der Gelenkverbindung. Diese erhöhte Strukturfestigkeit erlaubt eine weitere Reduktion der Pleuelmasse und ermöglicht damit unter maschinendynamischen Gesichtspunkten eine weitere Optimierung des Kurbeltriebes. In besonders vorteilhafter Weise wird die Biegebelastung des Kolbenbolzens reduziert, so dass diesbezüglich die Gefahr des Versagens des Kolbenbolzens vermindert ist. Auch die Gefahr des Bolzenschiebens wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung vermindert.This makes it possible in an advantageous manner that in the axial direction of the Piston pin existing axial play between the piston and the connecting rod out. This results in a higher structural strength Articulation. This increased structural strength allows a further reduction the connecting rod mass and thus allows under machine dynamic Further optimization of the crank mechanism. Especially The bending load on the piston pin is advantageously reduced, so that in this regard, the risk of failure of the piston pin is reduced. Also the risk of bolt pushing is caused by the design according to the invention reduced.
In vorteilhafter Weise setzt die Verjüngung erst derart nahe der Kolbenbolzenbohrung ein, dass an dem Trapezkopf, unterhalb der Kolbenbolzenbohrung zwei Stirnflächensegmente verbleiben die unter den geneigten Stirnebenen zurückbleiben und in Einbauposition zwischen kolbenseitig vorgesehenen Nabenabschnitten angeordnet sind.Advantageously, the taper is only so close Piston pin bore that on the trapezoidal head, below the Piston pin bore two end face segments remain under the remain inclined end planes and in the installation position between the piston side provided hub sections are arranged.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Stirnflächensegmente zueinander parallel ausgerichtet. Hierdurch wird es möglich, unabhängig von der Schwenkposition des Pleuels gegenüber dem Kolben ein gleichbleibendes Axialspiel zu erhalten.According to a particularly preferred embodiment of the invention, the two end face segments aligned parallel to each other. This will make it possible, regardless of the swivel position of the connecting rod relative to the piston to maintain a constant axial play.
Die beiden Stirnflächensegmente ragen vorzugsweise bis an die Kolbenbolzenbohrung heranragen. Hierdurch wird eine verminderte Flächenpressung zwischen dem Kolbenbolzen und dem, auf der Seite des Pleuelschaftes liegenden Innenwandungsabschnitt der Kolbenbolzenbohrung erreicht. The two end face segments preferably protrude to the The piston pin bore protrudes. This will decrease Surface pressure between the piston pin and the one on the side of the Connecting rod shaft inner wall section of the piston pin bore reached.
Der Trapezwinkel (α) jeder Pleuelauge-Stirnebene gegenüber einer Kolbenbolzenradialebene liegt vorzugsweise im Bereich von 5 bis 20°. Kleine Trapezwinkel ergeben eine hohe Belastbarkeit des Pleuels in Zugrichtung, große Trapezwinkel ergeben eine hohe Belastbarkeit, insbesondere verminderte Biegebeanspruchung des Kolbenbolzens in Druckrichtung.The trapezoidal angle (α) of each connecting rod end face plane with respect to one Piston pin radial plane is preferably in the range of 5 to 20 °. little one Trapezoidal angles result in a high load capacity of the connecting rod in the pulling direction, large Trapezoidal angles result in high resilience, especially reduced ones Bending stress on the piston pin in the direction of pressure.
Die geneigten Pleulauge-Stirnebenen sind vorzugsweise derart ausgerichtet, dass sich diese in einer zu den Pleuel-Bohrungen senkrechten Pleuel-Hauptebene schneiden. Hierdurch ergibt sich eine symmetrische Belastung der in Kolbenbolzenbohrung (Pleuelauge) gebildeten Lagerstelle.The inclined cone eye end planes are preferably aligned such that this is in a connecting rod main plane perpendicular to the connecting rod bores to cut. This results in a symmetrical load on the Piston pin bore (connecting rod eye) formed bearing.
Bei Kurbeltriebvarianten bei welchen die Kurbelwellenachse die Zylindermittelachsen schneidet verläuft die Schnittlinie der Pleuel-Stirnebenen vorzugsweise senkrecht zu einer durch die Achsen der Pleuel-Bohrungen definierten Ebene. Bei Kurbeltriebvarianten bei welchen die Kurbelwellenachse außerhalb einer durch die Zylindermittelachsen definierten Ebene verläuft, ist die Abschrägung des Trapezkopfes vorzugsweise derart gewählt, dass die Schnittlinie der Pleuel-Stirnebenen je nach Abstand der Kurbelwellenachse von der Zylinderachsenebene unter einem Winkel im Bereich von 0 bis 18° zu einer durch die Achsen der Pleuel-Bohrungen definierten Ebene geneigt verläuft.In crank drive variants in which the crankshaft axis Cylinder center axes intersect the intersection of the connecting rod end planes preferably perpendicular to one through the axes of the connecting rod bores defined level. In crank drive variants where the crankshaft axis is outside a plane defined by the cylinder central axes, is Bevel of the trapezoidal head is preferably chosen such that the cutting line the connecting rod end planes depending on the distance of the crankshaft axis from the Cylinder axis plane at an angle in the range of 0 to 18 ° to a through the axes of the connecting rod bores defined inclined plane.
Bei der Variante mit einer in der Zylinderachsebene verlaufenden Kurbelwelle verläuft vorzugsweise eine Grenzlinie zwischen dem parallelen Stirnflächensegment und dem geneigten Stirnflächenabschnitt des Pleuelauges senkrecht zur Längsachse des Pleuels. Im anderen Fall ergibt sich für diese Grenzlinie eine vom Kurbelwellenversatz abhängige Anstellung gegenüber der durch die Mittelachsen der Pleuelbohrungen definierten Ebene.In the variant with a crankshaft running in the cylinder axis plane there is preferably a boundary line between the parallel Face segment and the inclined face portion of the connecting rod eye perpendicular to the longitudinal axis of the connecting rod. In the other case it results for this Boundary line a position dependent on the crankshaft offset compared to the plane defined by the central axes of the connecting rod bores.
Die eingangs angegebene, der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird im Einklang mit den vorangehend angegebenen Maßnahmen auch gelöst durch einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit zwei zur Aufnahme eines Kolbenbolzens vorgesehenen Kolbenbolzennaben und einem zwischen den beiden Kolbenbolzennaben vorgesehenen Trapezkopfaufnahmebereich zur Aufnahme eines Trapezkopfes eines Trapezpleuels, wobei in dem Trapezkopfaufnahmebereich an jeder Kolbenbolzennabe eine Innenwandung ausgebildet ist, die einen dem Trapezkopf zugewandten Schrägflächenabschnitt aufweist der zu einer Radialebene einer Kolbenbolzenbohrung unter einem Neigungswinkel (δ) geneigt ist, wobei der Neigungswinkel (δ) größer ist als ein Trapezwinkel (α) unter welchem eine Pleuelaugenstirnfläche des Trapezkopfes zu der genannten Radialebene geneigt ist.The object stated at the outset, on which the invention is based, is described in In accordance with the measures specified above also solved by a Piston for an internal combustion engine with two for receiving a piston pin provided piston pin hubs and one between the two Piston pin hubs provided trapezoidal head mounting area for mounting a trapezoidal head of a trapezoidal rod, in which Trapezoidal head receiving area on each piston pin hub an inner wall is formed, the an inclined surface section facing the trapezoidal head has the to a radial plane of a piston pin bore under one Inclination angle (δ) is inclined, the inclination angle (δ) being greater than one Trapezoidal angle (α) at which a connecting rod end face of the trapezoidal head is closed said radial plane is inclined.
Hierdurch wird es ebenfalls möglich, das Axialspiel des Pleuels sowie die Biegebelastung des Kolbenbolzens zu reduzieren.This also makes it possible to measure the connecting rod axial play and the Reduce bending stress on the piston pin.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede der dem Trapezkopf zugewandten Innenwandungen der Bolzennaben einen Pleuelführungsflächenabschnitt auf der parallel zu einer Radialebene der Kolbenbolzenbohrung ausgerichtet ist.According to a particularly preferred embodiment of the invention, each has one of the inner walls of the pin hubs facing the trapezoidal head Connecting rod guide surface section on the parallel to a radial plane of the Piston pin bore is aligned.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:Further advantageous details of the invention result from the following description, in connection with the drawing. Show it:
Fig. 1 eine Skizze zur Erläuterung eines im Bereich seines Trapezkopfes erst vom Kolbenbolzenbereich aufwärts, sektional angeschrägten Trapezpleuels mit einem Kolben; Fig. 1 is a diagram for explaining a head in the region of its trapezoidal only from the piston pin area upward sectionally tapered Trapezpleuels with a piston;
Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung des Verlaufs der die Kolbenbolzenbohrung umgebenden Wandung des Trapezkopfes eines Trapezpleuels; FIG. 2 shows a sketch to explain the course of the wall of the trapezoidal head of a trapezoidal connecting rod surrounding the piston pin bore; FIG.
Fig. 3 eine Draufsicht auf die, die Kolbenbolzenbohrung umgebende, nur sektional abgeschrägte Wandung des Trapezkopfes gem. Fig. 2 Fig. 3 is a plan view of the surrounding the piston pin bore, only sectionally beveled wall of the trapezoidal head acc. Fig. 2
Fig. 4 eine Skizze zur Erläuterung der Unterschiedlichen Schrägungswinkel der Innenwandungsabschnitte eines Kolbens und des hiermit gekoppelten Trapezpleuels; Figure 4 is a sketch illustrating the different helix angles of the Innenwandungsabschnitte a piston and coupled thereto Trapezpleuels.
Fig. 5 eine Skizze zur Erläuterung des Verlaufs einer Firstlinie der Trapezkopf- Schrägflächen für Motorkonzepte bei welchen sich die Kurbelwellenachse auf durch die Zylinderachse verläuft- oder wie bei W- oder Schmalwinkel-V- Motorkonzepten zur Zylinderachse versetzt verläuft; Shows a sketch for explaining the course of a ridge line of the inclined surfaces Trapezkopf- for engine designs in which the crankshaft axis verläuft- 5 on through the cylinder axis or is as mixed at W or narrow angle V-engine concepts to the cylinder axis.
Fig. 6 Ein Diagramm zur Erläuterung des Pleuel-Axialspiels bei herkömmlichen Trapezpleuelkonstruktionen; Fig. 6 is a diagram for explaining the connecting rod end play in conventional Trapezpleuelkonstruktionen;
Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung des Pleuel-Axialspieles bei einer erfindungsgemäßen Variante; Fig. 7 is a diagram for explaining the connecting rod end play in a variant according to the invention;
Fig. 8 ein Diagramm zur Erläuterung des Pleuel-Axialspieles bei einer weiteren, besonders bevorzugten erfindungsgemäßen Variante. Fig. 8 is a diagram for explaining the connecting rod end play in a further, particularly preferred variant according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein Trapezpleuel 1 das über einen Kolbenbolzen 3 schwenkbewegbar mit einem Kolben 2 gekoppelt ist. Fig. 1 shows a trapezoidal connecting rod 1 which is pivotally coupled to a piston 2 via a piston pin 3 .
Das Trapezpleuel 1 umfasst einen Trapezkopf 4, einen Pleuelschaft 7 und einen hier nur angedeutet dargestellten Kurbelzapfenabschnitt 8 der eine Kurbelzapfenbohrung aufweist.The trapezoidal connecting rod 1 comprises a trapezoidal head 4 , a connecting rod shaft 7 and a crank pin section 8 ( only indicated here) which has a crank pin bore.
Der Trapezkopf 4 ist, aus Achsrichtung einer Kolbenbolzenbohrung 5 gesehen, von zwei Pleuelaugestirnflächen 6 begrenzt, wobei die beiden Pleuelauge-Stirnflächen 6 unter einem Trapezwinkel α (siehe Fig. 2) zueinander geneigt sind, so dass sich der Trapezkopf in seinem Verlauf zu einem Kolbenboden 9 hin, hinsichtlich seiner in Richtung der Achse des Kolbenbolzens 3 gemessenen Breite, verjüngt.The trapezoidal head 4 is viewed from the axial direction of a piston pin hole 5 delimited by two Pleuelaugestirnflächen 6, wherein the two connecting rod-end faces 6 α under a trapezoidal angle (see Fig. 2) are inclined to each other, then the trapezoidal head that in its course to a piston crown 9 towards the width measured in the direction of the axis of the piston pin 3 , tapers.
Die Verjüngung des Trapezkopfes setzt erst ab einer Übergangskante K ein die in unmittelbarer Nähe der Kolbenbolzenbohrung 5 vorbeiläuft.The tapering of the trapezoidal head begins only from a transition edge K which passes in the immediate vicinity of the piston pin bore 5 .
Unterhalb der Übergangskante K sind zum Pleuelschaft 7 hin ausbauchende Stirnflächensegmente 10 ausgebildet. Diese Stirnflächensegmente 10 bilden im wesentlichen plane Führungsflächen und sind parallel zu einer Radialebene des Kolbenbolzens 3 ausgerichtet. Die Stirnflächensegmente 10 bilden in Axialrichtung des Kolbenbolzens 3 gemessen den breitesten Abschnitt des Trapezkopfes 4 und tauchen in Einbauposition zwischen die Innenflanken von kolbenseitig vorgesehenen Kolbenbolzennaben ein. Im Zusammenspiel mit diesen Innenflanken wird eine Axialführung erreicht welche gegenüber bisherigen Trapezpleuelkonstruktionen ein geringeres Axialspiel beansprucht.Below the transition edge K, end face segments 10 bulging toward the connecting rod shaft 7 are formed. These end surface segments 10 form essentially flat guide surfaces and are aligned parallel to a radial plane of the piston pin 3 . The end face segments 10 , measured in the axial direction of the piston pin 3, form the widest section of the trapezoidal head 4 and plunge into the installed position between the inner flanks of piston pin hubs provided on the piston side. In interaction with these inner flanks, an axial guidance is achieved which requires less axial play than previous trapezoidal connecting rod constructions.
Der Trapezkopf 4 ist bei dieser Ausführungsform derart dimensioniert, dass ein von den Stirnflächensegmenten 10 abgedeckter Winkelbereich γ größer ist als der Schwenkbereich des Trapezpleuels 1.In this embodiment, the trapezoidal head 4 is dimensioned such that an angular range γ covered by the end face segments 10 is larger than the pivoting range of the trapezoidal connecting rod 1 .
In Fig. 2 ist eine vereinfachte Schnittansicht eines Trapezkopfes 4 dargestellt, wobei die für diese Ansicht maßgebliche Schnittebene in einer die Kolbenbolzenachse X sowie eine Kurbelzapfenachse (nicht dargestellt) enthaltenden Ebene verläuft.In Fig. 2 is a simplified sectional view of a trapeze head 4 shown with the relevant for this view cutting plane in a piston-pin axis X and a crankpin axis (not shown) extends plane containing.
Erkennbar ist in dieser Ansicht die oberhalb der Übergangskanten K einsetzende Verjüngung des Trapezkopfes 4 unter einem Trapezwinkel α gegenüber einer zur Kolbenbolzenachse X radial verlaufenden Radialebene. Die Übergangskante K tangiert bei dieser Ausführungsform die Kolbenbolzenbohrung 5.It can be seen in this view the tapering of the trapezoidal head 4 above the transition edges K at a trapezoidal angle α relative to a radial plane running radially to the piston pin axis X. In this embodiment, the transition edge K touches the piston pin bore 5 .
In dem Bereich a sind die planparallelen Stirnflächensegmente 10 ausgebildet. In dem Bereich b verlaufen die Pleulauge-Stirnflächen 6 zu einer Hauptebene H einwärts geneigt. Die Axiallänge 11 der Kolbenbolzenbohrung 5 entspricht im kolbenschaftnahen Bereich der maximalen Breite des Trapezkopfes 4. Damit ergibt sich eine hohe Tragfähigkeit des in der Kolbenbolzenbohrung 5 eine Kolbenbolzendruckkraft aufnehmenden Kehlabschnittes. Die Kolbenbolzenbohrung 5 wird nur zur kolbenseitigen Seite hin verkürzt.The plane-parallel end face segments 10 are formed in the region a. In area b, the connecting rod end faces 6 are inclined inwards to a main plane H. The axial length 11 of the piston pin bore 5 corresponds to the maximum width of the trapezoidal head 4 in the area near the piston skirt. This results in a high load-bearing capacity of the fillet section in the piston pin bore 5 which receives a piston pin pressure force. The piston pin bore 5 is only shortened towards the piston side.
In Fig. 3 ist eine Axialansicht des Trapezkopfes 4 dargestellt. Die geneigten Pleuelauge-Stirnflächen 6 laufen nahezu vollständig um die Kolbenbolzenbohrung 5 um und grenzen im kolbenschaftnahen Bereich an die Übergangskante K an. Unterhalb der Übergangskante K befinden sich die zueinander planparallelen Stirnflächensegmente 10. Der durch die Stirnflächensegmente 10 abgedeckte Winkelbereich γ ist größer als der Schwenkwinkel des Pleuels.In Fig. 3 is an axial view of the trapezoidal head 4 is shown. The inclined connecting rod end faces 6 run almost completely around the piston pin bore 5 and adjoin the transition edge K in the area near the piston skirt. The end face segments 10 , which are plane-parallel to one another, are located below the transition edge K. The angular range γ covered by the end face segments 10 is larger than the swivel angle of the connecting rod.
Die Übergangskante K verläuft bei diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zu einer durch die Achsen der Kolbebolzenbohrung 5 und der Kurbelzapfenbohrung definierten Ebene E. Bei Ausführungsformen des Pleuels für Kurbeltriebsysteme bei welchen die Kurbelwellenachse außerhalb einer durch die Zylinderachsen einer Zylinderreihe definierten Ebene angeordnet ist, kann die Übergangskante K entsprechend geneigt verlaufen. Vorzugsweise verläuft sie dann senkrecht zu einer die Schwenkwinkelzone des Pleuels mittig teilenden Achse.In this exemplary embodiment, the transition edge K runs perpendicular to a plane E defined by the axes of the piston pin bore 5 and the crank pin bore. In embodiments of the connecting rod for crank drive systems in which the crankshaft axis is arranged outside a plane defined by the cylinder axes of a row of cylinders, the transition edge K can accordingly run inclined. It then preferably runs perpendicular to an axis that divides the pivot angle zone of the connecting rod in the middle.
Auf die in dieser Figur eingetragenen Punkte Q, R und S wird in Verbindung mit den Fig. 6, 7 und 8 noch Bezug genommen werden.The points Q, R and S entered in this figure will be referred to in connection with FIGS. 6, 7 and 8.
In Fig. 4 ist stark vereinfacht ein Kolben 2 dargestellt dessen Nabenabschnitte 12a, 12b in der nachfolgend näher beschriebenen Weise auf die Geometrie des Trapezkopfes 4 abgestimmt sind.In FIG. 4, a piston 2 is shown greatly simplified the boss portions 12 a, 12 b in the manner described in more detail below way limited to the trapezoidal geometry of the head 4 adjusted.
Die Nabenabschnitte 12a, 12b bilden jeweils den Pleuelaugenstirnflächen 6 zugewandte Innenflanken 14a, 14b. Diese Innenflanken sind unter einem Winkel δ gegenüber einer zur Kolbenbolzenachse X senkrechten Ebene H geneigt, wobei der Winkel δ größer ist als der Trapezwinkel α des Trapezkopfes 4. Hierdurch wird bei ausreichender Schwenkfreiheit eine Verringerung des Axialspiels des Pleuels gegenüber dem Kolben 2 erreicht.The hub sections 12 a, 12 b each form the inner flanks 14 a, 14 b facing the connecting rod end faces 6 . These inner flanks are inclined at an angle δ with respect to a plane H perpendicular to the piston pin axis X, the angle δ being greater than the trapezoidal angle α of the trapezoidal head 4 . This results in a reduction in the axial play of the connecting rod relative to the piston 2 with sufficient freedom of rotation.
In dem der Kurbelwelle zugewandten unteren Randbereich der Nabenabschnitte 12a, 12b sind Pleuelführungsflanken 15a, 15b ausgebildet die im Zusammenspiel mit den Stirnflächensegmenten 10 des Trapezkopfes 4 das Bewegungsspiel des Pleuels auf einen Wert reduzieren der kleiner ist, als der (in Totpunktstellung erreichte) Maximalspalt zwischen den geneigten Innenflanken 14a, 14b und den Pleuelaugestirnflächen 6. In the lower edge area of the hub sections 12 a, 12 b facing the crankshaft, connecting rod guide flanks 15 a, 15 b are formed which, in cooperation with the end face segments 10 of the trapezoidal head 4, reduce the movement of the connecting rod to a value which is smaller than that (reached in the dead center position) ) Maximum gap between the inclined inner flanks 14 a, 14 b and the connecting rod end faces 6 .
Eine Übergangskante R zwischen den geneigten Innenflanken 14a, 14b und den Pleuelführungsflanken 15a, 15b ist derart angeordnet, dass deren Abstand von der Kolbenbolzenachse X kleiner ist als der Abstand der Übergangskante K von der Kolbenbolzenachse X.A transition edge R between the inclined inner flanks 14 a, 14 b and the connecting rod guide flanks 15 a, 15 b is arranged such that their distance from the piston pin axis X is smaller than the distance of the transition edge K from the piston pin axis X.
Durch die Festlegung der Winkel α und δ derart, dass gilt δ < α kann auch unabhängig von der Ausbildung der Stirnflächensegmente 10 und der Pleuelführungsflanken 15a, 15b eine Verringerung des Pleuel-Axialspieles erreicht werden, ohne hierbei die Schwenkbarkeit des Pleuels gegenüber dem Kolben 2 in unzulässiger Weise einzuschränken. Diese Winkelpaarung bildet für sich gesehen eine eigenständige Lösung der, der Erfindung zugrunde liegenden, Aufgabe.By defining the angles α and δ in such a way that δ <α, a reduction in the connecting rod end play can also be achieved regardless of the design of the end face segments 10 and the connecting rod guide flanks 15 a, 15 b, without the connecting rod being able to pivot relative to the piston 2 in an impermissible manner. This pair of angles forms an independent solution of the task on which the invention is based.
In Fig. 5 ist schematisch der Verlauf einer Schnittlinie g, g' oberhalb der Kolbenbolzenbohrung 5, dargestellt. Die Schnittlinie g, g' entsteht durch einen Schnitt der durch die Pleuelaugenstirnflächen 6 definierten, zur Hauptebenen H (Fig. 2) unter dem Trapezwinkel α geneigten Ebenen. Die Schnittlinie g verläuft bei einem Pleuel eines Kurbeltriebes ohne Kurbelwellenversatz senkrecht zur Pleuelbohrungsebene E (Fig. 3). Bei einem Kurbelwellenversatz verläuft sie als Schnittlinie g' wie dargestellt zur Ebene E schwach geneigt. Gleiches gilt auch für die Übergangskante K. Die Ausrichtung der Übergangskante K ist verläuft wie durch die Linie h angedeutet bei Kurbeltrieben ohne Kurbelwellenversatz senkrecht - und im Falle eines Kurbelwellenversatzes (W-Motor, Schmalwinkel V-Motor) entsprechend geneigt wie durch die Linie h' angedeutet. Die Ausführungen zur Schrägstellung der Übergangskante K bei einem Kurbelwellenversatz gelten sinngemäß auch für eine Schrägstellung der in Verbindung mit Fig. 4 angesprochenen Kante R.In Fig. 5 the course of a cutting line is schematically g, g 'above the piston pin hole 5 is illustrated. The cut line g, g 'is formed defined by a section through the Pleuelaugenstirnflächen 6, the principal planes H (Fig. 2) under the trapezoidal angle α inclined planes. In a connecting rod of a crank mechanism without crankshaft offset, the section line g runs perpendicular to the connecting rod bore plane E ( FIG. 3). In the event of a crankshaft misalignment, it runs as section line g 'to the plane E as shown slightly inclined. The same applies to the transition edge K. The orientation of the transition edge K is, as indicated by the line h, vertical for crank drives without crankshaft misalignment - and in the case of a crankshaft misalignment (W engine, narrow-angle V engine) it is inclined as by line h ' indicated. The statements regarding the inclination of the transition edge K in the event of a crankshaft offset also apply analogously to an inclination of the edge R mentioned in connection with FIG. 4 .
In den Fig. 6, 7 und 8 ist jeweils in Form eines Diagramms die Weite eines Axialspaltes zwischen Kolben 2 und Trapezkopf 4 an ausgewählten Punkten Q, R und S des Trapezkopfes 4 dargestellt. Die Punkte Q, R und S haben die in Fig. 3 eingetragenen Positionen. In FIGS. 6, 7 and 8, the width of which is in each case an axial gap between the piston 2 and trapezoidal head 4 at selected points Q, R and S of the trapezoidal head 4 illustrated in the form of a diagram. The points Q, R and S have the positions entered in FIG. 3.
Fig. 6 zeigt die Spaltweite an den Punkten Q, R und S bei einem herkömmlichen Trapezpleuel. Das größte Axiale Bewegungsspiel erreicht den Wert von 2,2 mm und wird durch den um den Punkt S herumliegenden Bereich der Pleuelaugestirnfläche 6 bestimmt. Fig. 6 shows the gap width at the points Q, R and S in a conventional trapezoidal connecting rod. The greatest axial movement clearance reaches the value of 2.2 mm and is determined by the area of the connecting rod end face 6 around point S.
Fig. 7 zeigt die Variation der Spaltweite in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel für eine erfindungsgemäße Pleuel/Kolben-Kombination mit unterschiedlichen Werten für die Winkel α und δ jedoch noch ohne Ausbildung der Stirnflächensegmente 10. Das maximale Axialspiel beträgt 1,5 mm und wird durch den Umgebungsbereich des Punktes S bestimmt. FIG. 7 shows the variation of the gap width as a function of the crank angle for a connecting rod / piston combination according to the invention with different values for the angles α and δ, but without the end face segments 10 being formed . The maximum axial play is 1.5 mm and is determined by the surrounding area of point S.
Fig. 8 zeigt die Variation der Spaltweite an den Punkten Q, R und S für eine erfindungsgemäße Pleuel/Kolben-Kombination mit unterschiedlichen Werten für die Winkel α und δ sowie mit einer erst ab der Kolbenbolzenbohrung einsetzenden Abschrägung der Pleuelaugenstirnflächen 6. Fig. 8 shows the variation of the gap width at the points Q, R and S for an inventive connecting rod / piston combination with different values for the angles α and δ, as well as with an only from the piston pin bore onset bevel of Pleuelaugenstirnflächen. 6
Claims (10)
einem Trapezkopf (4) der eine zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (3) vorgesehene Kolbenbolzenbohrung (5) aufweist,
einer zur Aufnahme eines Kurbelzapfens vorgesehenen Kurbelzapfenbohrung und
einem sich zwischen den beiden Bohrungen erstreckenden Pleuelschaft (7),
wobei der Trapezkopf (4) im Bereich der Kolbenbolzenbohrung (5) von Pleuelauge-Stirnflächen (6) begrenzt ist, die gegenüber einer Radialebene (H) des Kolbenbolzens (3) unter einem Trapezwinkel (α) derart geneigt ausgerichtet sind, dass sich die, durch die Pleuelauge-Stirnflächen (6) definierten Stirnebenen auf einer, dem Pleuelschaft abgewandten Seite schneiden,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Verjüngung des Trapezkopfes (4) zwischen den geneigten Pleuelauge-Stirnflächen (6) erst derart nahe einer zum Pleuelschaft hinweisenden Zone der Umfangskante der Kolbenbolzenbohrung (5) einsetzt, dass an dem Trapezkopf (4), unterhalb der Kolbenbolzenbohrung (5) zwei Stirnflächensegmente (10) verbleiben, die in Einbauposition zwischen kolbenseitig vorgesehenen Nabenabschnitten angeordnet sind, und unter den geneigten Stirnebenen zurückbleiben.1. Trapezoidal connecting rod with:
a trapezoidal head ( 4 ) which has a piston pin bore ( 5 ) provided for receiving a piston pin ( 3 ),
a crank pin bore provided for receiving a crank pin and
a connecting rod shaft ( 7 ) extending between the two bores,
The trapezoidal head ( 4 ) is delimited in the region of the piston pin bore ( 5 ) by connecting rod end faces ( 6 ) which are inclined at a trapezoidal angle (α) relative to a radial plane (H) of the piston pin ( 3 ) such that the cut through the end faces defined by the connecting rod end faces ( 6 ) on a side facing away from the connecting rod shaft,
characterized in that a tapering of the trapezoidal head ( 4 ) between the inclined connecting rod end faces ( 6 ) only begins so close to a zone of the circumferential edge of the piston pin bore ( 5 ) facing the connecting rod shaft that the trapezoidal head ( 4 ) below the piston pin bore ( 5 ) two end surface segments ( 10 ) remain, which are arranged in the installation position between the hub sections provided on the piston side, and remain under the inclined end planes.
zwei zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (3) vorgesehenen Kolbenbolzennaben (12a, 12b) und
einem zwischen den beiden Kolbenbolzennaben (12a, 12b) vorgesehenen Trapezkopfaufnahmebereich zur Aufnahme eines Trapezkopfes (4) eines Trapezpleuels,
wobei in dem Trapezkopfaufnahmebereich an jeder Kolbenbolzennabe (12a, 12b) eine Innenwandung (14a, 14b) ausgebildet ist, die dem Trapezkopf (4) zugewandt ist und zu einer Radialebene (H) einer Kolbenbolzenbohrung (5) unter einem Neigungswinkel (δ) geneigt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (δ) größer ist als ein Trapezwinkel (α) unter welchem ein Stirnflächenabschnitt (6) des Trapezkopfes (4) zu der genannten Radialebene (H) geneigt ist. 9. Piston for an internal combustion engine with:
two piston pin hubs ( 12 a, 12 b) provided for receiving a piston pin ( 3 ) and
a trapezoidal head receiving area provided between the two piston pin hubs ( 12 a, 12 b) for receiving a trapezoidal head ( 4 ) of a trapezoidal connecting rod,
wherein in the trapezoidal head receiving area on each piston pin hub ( 12 a, 12 b) an inner wall ( 14 a, 14 b) is formed, which faces the trapezoidal head ( 4 ) and to a radial plane (H) of a piston pin bore ( 5 ) at an inclination angle ( δ) is inclined,
characterized in that the angle of inclination (δ) is greater than a trapezoidal angle (α) at which an end face section ( 6 ) of the trapezoidal head ( 4 ) is inclined to said radial plane (H).
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| DE2001124862 DE10124862A1 (en) | 2001-05-22 | 2001-05-22 | Trapezoidal connecting rod for an internal combustion engine comprises a trapezoidal head tapering between inclined end faces near a zone of the peripheral edge of a piston bolt bore facing a connecting rod shank |
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