DE1476062A1 - Pistons for internal combustion engines - Google Patents
Pistons for internal combustion enginesInfo
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- DE1476062A1 DE1476062A1 DE1965H0058096 DEH0058096A DE1476062A1 DE 1476062 A1 DE1476062 A1 DE 1476062A1 DE 1965H0058096 DE1965H0058096 DE 1965H0058096 DE H0058096 A DEH0058096 A DE H0058096A DE 1476062 A1 DE1476062 A1 DE 1476062A1
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- F05C2201/02—Light metals
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Description
DR. HUGO WILCKEN · DIPLHNG. THOMAS WILCKENDR. HUGO WILCKEN · DIPLHNG. THOMAS WILCKEN
10.Nov. 1969 Cz. /I10 Nov 1969 Cz. / I
Az.: P 14 76 062.4-13Ref .: P 14 76 062.4-13
Inmelder: Hepworth & Grandage Limited,Badford 4, St. Johns Work,Yorkshire,EnglandInmelder: Hepworth & Grandage Limited, Badford 4, St. John's Work, Yorkshire, England
Kolben für VerbrennungskraftmaschinenPistons for internal combustion engines
Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, bestehend aus einem Kolbenkopf und einem Kolbenschaft mit zwei senkrecht zu seinen sich diametral gegenüberliegenden Qleltflächen vorhandenen Kolbenbolzennaben, denen mindestens je zwei sich innenseitig gegen den Kolbenschaft anschmiegende, plattenähnliche ι sich zwischen den Qleitflachen erstreckende Einsätze zugeordnet sind, die einen vom Kolbenwerkstoff verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen,The invention relates to a piston for internal combustion engines, consisting from a piston head and a piston skirt with two perpendicular to its diametrically opposite Qleltflächen existing piston pin hubs, each of which has at least two plate-like hubs that nestle against the inside of the piston skirt ι inserts extending between the Qleitflachen are assigned, which are different from the piston material Have coefficients of thermal expansion,
Bei den bekannten Kolben dieser Art wird mit den Regelgliedern bzw. den Einsätzen erreicht, daß die radiale Ausdehnung des Kolbenschaftes entlang der Kolbenschaftlänge bei einem im Betrieb befindlichen Kolben, vorzugsweise bei einem leichtmetallkolben, gemindert ist gegenüber einem Kolben ohne Regelglieder. Jedoch ist hierbei die radiale Wärmeausdehnung des Kolbenschaftes entlang der gesamten Kolbenschaftlänge nicht konstant; sie ninuntIn the known pistons of this type, the control elements are used or the inserts that the radial expansion of the piston skirt along the length of the piston skirt in the case of a piston in operation, preferably a light metal piston, is reduced compared to a piston without control elements. However, here the radial thermal expansion of the piston skirt is along the entire length of the piston skirt is not constant; she ninunt
ο in Richtung auf das offene Ende des Kolbenschaftes bzw. der KoI-ο in the direction of the open end of the piston skirt or the piston
benschürze ab. Das hat zur Folge, daß der Kolbenschaft bei derapron off. This has the consequence that the piston skirt at the
i^ Herstellung ballig gefertigt werden muß, um die unterschieclU-ri ^ manufacture crowned must be made in order to achieve the differing
ω chen Wärmeausdehnungen im Betrieb zu kompensieren. Dieballig© ·» Bearbeitung des Kolbenschaftes führt jedoch zu einer verteuer-ω chen to compensate for thermal expansion during operation. Die-crowned © · »Machining the piston skirt, however, leads to an expensive
9 Lübeck (0451) 7 58 88, Privat: Dr. H. Wildten, Curan (04505) 210 · DipL-Ing. Th. Wildten, Lübeck !0451) 2 51 59 Bank ι Commerzbank A. G., FiI. Lübeck, Kto.-Nr. 39 0187 Posischeck: Hamburg 1381 1? 9 Lübeck (0451) 7 58 88, private: Dr. H. Wildten, Curan (04505) 210 · DipL-Ing. Th. Wildten, Lübeck! 0451) 2 51 59 Bank ι Commerzbank AG, FiI. Lübeck, account no. 39 0187 Posischeck: Hamburg 1381 1?
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ten Herstellung des Kolbens.- 2 -
th manufacture of the piston.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Kolbens mit Regelgliedern bzw. Einsätzen für Brennkraftmaschinen, wobei der Kolbenschaft sich entlang seiner in Kolbenlängsrichtung betrachteten Erstreckung, insbesondere entlang den Gleitflächen unter dem Einfluß von V/ärme dem Betrage nach radial gleichmäßig ausdehnt.The object of the invention is to create a piston with control elements or inserts for internal combustion engines, wherein the piston skirt extends along its extension viewed in the longitudinal direction of the piston, in particular along the sliding surfaces under the influence of V / arm expands radially evenly in magnitude.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß beim eingangs genannten Kolben die Jeder Kolbenbolaennabe des Schaftes zugeattiieten Einsätze, untereinander ein verschiedenes Wärmeausdehntmgsmaß aufweisen und in Bezug auf die Kolbenlängsachse in an sich bekannter Weise in verschiedenen Höhen am Kolbenschaft angeordnet sind. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die am weitesten vom Kolbenkopf entfernt liegenden, mit dem Kolbenschaft verbundenen Einsätze aus einem Metall mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten bestehen als die dem Kolbenkopf am nächsten liegenden Metalleinsätze, wobei alle Einsätze gegenüber dem Kolbenwerkstoff einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten besitzen.The solution to the problem is that in the piston mentioned at the beginning, each piston pin hub of the shaft is closed Inserts, a different amount of thermal expansion among each other and arranged in a known manner at different heights on the piston skirt with respect to the piston longitudinal axis are. An advantageous embodiment of the invention consists in that the furthest away from the piston head, with the piston skirt connected with inserts made of a metal a higher coefficient of expansion than the metal inserts closest to the piston head, with all inserts have a lower coefficient of expansion compared to the piston material.
Mit dieser lösung wird erreicht, daß sich der Kolbenschaft bei Erwärmung entlang seiner gesamten Längserstreckung dem Betrage nach gleichmäßig in radialer Richtung ausdehnt. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, die Kolbengleitflächen ballig herzustellen, sondern sie können exakt geradlinig gefertigt werden. Ein Vorteil daraus ist die billigere Herstellung des Kolbens. Ein anderer Vorteil ist die Erlangung eines nooh geringeren Einbauspiels. Vorteilhaft wird für die Einsätze solches Material gewählt bzw. dieses Material so geformt, daß die Einsätze in Zu-With this solution it is achieved that the piston skirt is at The amount of heating along its entire length extends evenly in the radial direction. This is how it is It is no longer necessary to make the piston sliding surfaces spherical, but they can be made exactly straight. A The advantage of this is the cheaper production of the piston. Another advantage is that there is no less installation clearance. Such material is advantageously chosen for the inserts or this material is shaped in such a way that the inserts in addition
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samraenarbeit mit dem Material des Kolbenschaftes eine DehnungSamraenarbeit with the material of the piston skirt an elongation
des Schaftes in radialer Richtung hervorrufen, die etwa der radialen Dehnung des zum Kolben gehörigen Zylinders entspricht, wenn die Brennkraftmaschine angefahren wild bzw. in Betrieb ist. Dadurch ist das Spiel zwischen Kolben und Zylinder sowohl im kal ten als auch im warmen Zustand der Maschine konstant oder nahezu konstant, weshalb der Kolbenschaft rait einem engen Einbauspiel hergestellt v/erden kann. Das enge Einbauspiel führt zu dem weiteren Vorteil, daß die Klappergeräusche des arbeitenden Kolbens in Zylinder vermindert sind, wodurch die Laufruhe der Haschine verbessert wird und die Lebensdauer von Kolben und Zylinder hinsichtlich des Verschleißes erheblich verlängert ist.of the shaft in the radial direction, which is approximately the radial Expansion of the cylinder belonging to the piston corresponds to when the internal combustion engine is started or is in operation. As a result, the clearance between piston and cylinder is both in the cal constant or almost constant, as well as when the machine is warm constant, which is why the piston skirt has a tight installation clearance can be produced. The tight installation clearance leads to the further advantage that the rattling noises of the working piston in cylinders are reduced, which makes the machine run more smoothly is improved and the service life of the piston and cylinder is significantly extended in terms of wear.
die Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun Bezug auf/Snlie-For a better understanding of the invention, reference is now made to / Snlie-
genden Zeichnungen genommen. Es zeigen:from the following drawings. Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Leichtmetallkolben nach einer Ausführungsform der Erfindung,1 shows a longitudinal section through a light metal piston according to an embodiment of the invention,
Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie A-A nach Fig.1Fig. 2 is a cross-section along the line A-A of Fig. 1
Fig. 3 einen Längsschnitt eines Kolbens nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,Fig. 3 is a longitudinal sectional view of a piston according to a second embodiment of the invention r e,
Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie B-B in Fig. 3.FIG. 4 shows a cross section along the line B-B in FIG. 3.
Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen Kolben nach einer dritten Ausftihrungsform der Erfindung,5 shows a longitudinal section through a piston according to a third embodiment of the invention,
Fig. 6 einen Querschnitt nach der Linie C-C in Fig. 5,Fig. 6 shows a cross section along the line C-C in Fig. 5,
Fig. 7 einen Längsschnitt durch einen Kolben nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung,7 shows a longitudinal section through a piston according to a fourth embodiment of the invention,
Fig. 8 einen Querschnitt nach der Linie D-D in Fig. 7,Fig. 8 shows a cross section along the line D-D in Fig. 7,
Fig. 9 perspektivische Ansichten zweier abgewandelter und 10 Arten von Einsätzen.Figure 9 is perspective views of two modified and ten types of inserts.
In den Fig. 1 und 2 ist ein Kolben dargestellt, der z.B. aus einer Aluminium- oder Magnesiumlegierung gegossen ist und aus einer Krone 1, einem den Kolbenring tragenden liutenteil 2,Referring to Figures 1 and 2, there is shown a piston cast from, for example, an aluminum or magnesium alloy a crown 1, a pipe part 2 carrying the piston ring,
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einem Paar sich diametral gegenüberliegender Zapfenvorsprünge 3, die von der Kolbenkrone 1 über Stege 4 getragen werden und aus einer Kolbenschürze5besteht, die mit einander diametral gegenüberliegenden Druckflächen 6 versehen ist, die im Winkel von 90 zur Achse der Zapfenvorsprünge 3 angeordnet sind.a pair of diametrically opposite pin projections 3, which are carried by the piston crown 1 via webs 4 and from a piston skirt 5, which is provided with diametrically opposed pressure surfaces 6 which are at an angle of 90 to the axis of the pin projections 3 are arranged.
Ein Paar Einsätze 7 und 8 sind in Jedem Zapfenvorsprung 3 eingegossen, und zwar jeweils oberhalb und unterhalb der Achse der Zapfenvorsprünge, wobei ihre aneinanderliegenden Kanten räumlich voneinander getrennt angeordnet sind und die sich gegenüberliegenden äußeren Enden jedes Einsatzes gegen eine Rippe oder Schulter 9 anstoßen, die mit dem Inneren der Schürze 5 im Bereich einer Druckfläche 6 ein Stück bildet. Die Einsätze 7 und S sind durch Stanzen oder auf andere Weise hergestellt, so daß sie die dargestellte Form annehmen, wobei der untere Einsatz auP einem Metall besteht, weiches einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat als das der Kolbenlegierung,und das des oberen Einsatzes. .7 hat einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Metall des unteren EinsatzesA pair of inserts 7 and 8 are molded into each pin boss 3, in each case above and below the axis of the pin projections, with their contiguous edges spatially are arranged separated from each other and the opposite outer ends of each insert against a rib or Abut shoulder 9, which forms one piece with the interior of the apron 5 in the area of a pressure surface 6. The inserts 7 and S are made by stamping or otherwise to assume the shape shown, with the lower insert consists of a metal that has a lower thermal value Has expansion coefficients than that of the piston alloy and that of the upper insert. .7 has a lower thermal Coefficient of expansion as the metal of the lower insert
Wenn der Kolben arbeitet, bewirkt die erzeugte Hitze, daß der Kolben sich radial in einem höheren Maße ausdehnt als der Zylinder, in dem er hin- und herläuft. Diese radiale Ausdehnung ist jedoch entlang der Längsachse des Kolbens nicht konstant, sondern nimmt in Richtung auf das offene Ende der Schürze gemäß der Änderungen der Dicke oder anderen Dimensionen der Kolbenschürze ab, und/oder auch gemäß Änderungen der Arbeitstemperaturen entlang der Kolbenlänge. Indem der untere Einsatz 8 aus einem Material mit einem höheren Ausdehnungskoeffizienten alsWhen the piston is working, the heat generated causes the piston to expand radially to a greater extent than the cylinder, in which he runs back and forth. However, this radial expansion is not constant along the longitudinal axis of the piston, but rather increases towards the open end of the skirt according to changes in the thickness or other dimensions of the piston skirt from, and / or also according to changes in working temperatures along the length of the piston. By the lower insert 8 from a material with a higher coefficient of expansion than
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der des Metalls des oberen Einsatzes 7 hergestellt wird, wird eine Kompensation des steuernden Effekts des unteren Einsatzes auf die radiale Ausdehnung der Druckflächen der Schürze erreicht.that of the metal of the upper insert 7 is made to compensate for the controlling effect of the lower insert achieved on the radial extent of the pressure surfaces of the apron.
In der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform sind die Einsätze 7 und 8 denen nach den Fig. 1 und 2 ähnlich und in einen Kolben eingegossen, die allgemein in den britischen Patentschriften 946 733 und 616 820 beschrieben sind. In dieser Ausführungsform sind die Krone 1 und der tragende Teil 2 zum Teil von der Schürze 5 durch ein Paar transversal und einen M Teil des Umfangs einnehmende Schlitze 10 getrennt, die auf Jeder Seite der Achse der Zapfenvorsprünge 3 liegen. Jedes Ende eines jeden Schlitzes 10 endet oberhalb und angrenzend an einen Zapfenvorsprung 3 und ist mit einem geneigten Schlitz 11 versehen, v/elcher sich nach unten zur Schürze 5 in Richtung auf den zugehörigen Zapfenvorsprung 3 erstreckt.In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the inserts 7 and 8 are similar to those of FIGS. 1 and 2 and are molded into a piston and are generally described in British Patents 946,733 and 616,820. In this embodiment, the crown 1 and the supporting part 2 are partially separated from the skirt 5 by a pair of transverse and M part of the circumferential slots 10 lying on either side of the axis of the pin projections 3. Each end of each slot 10 ends above and adjacent to a pin projection 3 and is provided with an inclined slot 11, which extends downwards towards the skirt 5 in the direction of the associated pin projection 3.
Durch die Schlitze 10 und 11 wird der Wärmeübergang von der Krone 1 auf die Schürze 5 während des normalen Arbeitens des Kolbens in großem Maße vermindert, And die resultierende Ausdehnung der Kolbenschürze 5 wird demgemäß entsprechend reduziert. Diese Konstruktion ermöglicht die Anwendung eines verminderten kalten Spiels zwischen dem Kolben und dem dazugehörigen Zylinder.Through the slots 10 and 11, the heat transfer from the crown 1 to the skirt 5 during normal operation of the piston greatly diminished, and the resulting expansion the piston skirt 5 is correspondingly reduced. This construction enables the application of a reduced cold Clearance between the piston and the associated cylinder.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsfomi, bei der die beiden Einsätze, anstatt räumlich voneinander in Bezug auf die Längsachse des Kolbens getrennt angeordnet au sein, gegeneinander anliegen entlang ihren angrenzenden Kanten, und die Rippen 9.sind um die äußeren Enden der Einsätze herumgegossen und umfassen sie, wie deutlich aus Fig. 6 hervorgeht. Auch in dieser Ausführungsform sind die Krone 1 und der tragende RingnutenteilFIGS. 5 and 6 show an embodiment in which the two Inserts, instead of being spatially separated from one another with respect to the longitudinal axis of the piston, are mutually exclusive abut along their adjoining edges, and the ribs 9 are cast around the outer ends of the inserts and embrace them, as can be clearly seen in FIG. Also in this one Embodiment are the crown 1 and the supporting ring groove part
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2 teilweise von der Schürze 5 allein durch ein Paar sich transversal erstreckender Schlitze 10 getrennt.2 partially from the apron 5 alone by a pair transversely extending slots 10 separately.
In den Fig. 7 und 8 wird ein anders geformter unterer Einsatz 8 gezeigt, der mit Erweiterungen 8a an seinen gegenüberliegenden Enden versehen ist. Der Kolben selbst ist andererseits grundsätzlich der gleiche wie der in den Fig. 1 und 2.In Figs. 7 and 8, a differently shaped lower insert 8 is shown, with extensions 8a on its opposite Ends is provided. The piston itself, on the other hand, is basically the same as that in Figs.
Alternativ können die in den Fig. 1 bis 8 dargestellten Einsätze 7 und 8 so ausgebildet sein, v/ie es die Fig. 9 und 10 zeigenAlternatively, the inserts shown in FIGS. 1 to 8 can be used 7 and 8 can be designed as shown in FIGS. 9 and 10
Dadurch, daß liaterialien für die Einsätze ausgewählt werden, die unterschiedliche V/ärmeausdehnungskoeffizienten haben, ist es möglich geworden, das Haß der Ausdehnungsänderungen über die Länge des Kolbens auszugleichen und dadurch eine genauere Steuerung der Schürzenausdehnung und insbesondere der radialen Ausdehnung der Druckflächen zu erreichen. Insbesondere ist es nunmehr möglich, einen Kolben mit einem Minimum an Arbeitsspiel zu bauen, welches bei Arbeits- und Ruhetemperatür en sowie über den ganzen Temperaturbereich der Maschine aufrecht erhalten wird. Außerdem ist es ebenfalls möglich, die Schürze einfacher zu gestalten, die z.B. allgemein parallel entlang ihrer Länge geschliffen werden kann.By choosing materials for the missions, which have different coefficients of thermal expansion, it has become possible to hate the changes in expansion to compensate for the length of the piston and thereby a more precise control of the skirt expansion and especially the radial one To achieve expansion of the pressure areas. In particular, it is now possible to use a piston with a minimum of working cycle to build, which at working and resting temperatures as well as over is maintained over the entire temperature range of the machine. It is also possible to make the apron simpler, which e.g. can be sanded generally parallel along its length.
Es ist selbstverständlich, daß verschiedene Abwandlungen des Erfindungsgegenstandes vorgenommen werden können. Beispielsweise können die unterschiedlichen Ausdehnungsmaße der oberen und unteren Einsätze, anstatt oder zusätzlich zu der Maßnahme, die ' Einsätze aus Materialien mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten herzustellen, durch geeignete Formgebung der Einsätze erreicht werden und/oder indem die Einsätze verschieden. dick hergestellt werden und/oder indem die unteren Einsätze _ 7 _It goes without saying that various modifications can be made to the subject matter of the invention. For example the different expansion dimensions of the upper and lower inserts, instead of or in addition to the measure that ' Manufacture inserts from materials with different coefficients of expansion by shaping the inserts appropriately can be achieved and / or by making the stakes different. thick and / or by placing the lower inserts _ 7 _
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durchlöchert werden oder indem auf andere beliebige Weise das Ausdehnungsmaß oder die Höhe der Steuereinwirkung auf die unteren Einsätze vermindert wird.be perforated or by any other way the extent or the amount of control effect on the lower Stakes is reduced.
Außerdem kann der obere und/oder untere Einsatz jedes Paares nicht nur in Eingriff mit seinem zugehörigen Zapfenvorsprung sein oder in ihm eingebettet sein, sondern er kann auch in Längsrichtung von ihm getrennt angeordnet sein. Z.B. kann jeder untere Einsatz völlig unterhalb des ZapfenvorSprungs liegen, und zwar näher zum offenen Ende der Schürze, und wenn man es ., wünscht, kann ein zusätzlicher Einsatz oder Einsätze vorgesehen werden, und zwar unterhalb jedes der vorher erwähnten Einsätze. In addition, the upper and / or lower insert of each pair can not only be in engagement with its associated pin projection his or be embedded in it, but it can also be arranged separately from it in the longitudinal direction. E.g. everyone can lower insert are completely below the pin projection, closer to the open end of the apron, and when you have it., if desired, an additional insert or inserts can be provided underneath each of the aforementioned inserts.
Die Einsätze können an ihren Enden oder angrenzend an ihre Enden in der Kolbenschtirze eingebettet sein, anstatt gegen die Rippen oder dgl. anzuliegen, die mit der Schürze aus einem Stück bestehen. Obwohl hier die Einsätze als sich im allgemeinen transversal in Bezug auf die Kolbenlängsachse erstreckende Teile ge-r zeigt wurden, können einer oder mehrere Einsätze in kleinem Winkel zur Kolbenachse oder auch zueinander angeordnet sein. % The inserts can be embedded in the piston skirt at their ends or adjacent to their ends, instead of resting against the ribs or the like, which are integral with the skirt. Although the inserts have been shown here as parts extending generally transversely with respect to the piston longitudinal axis, one or more inserts can be arranged at a small angle to the piston axis or to one another. %
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