DE1476145A1

DE1476145A1 - Arrangement and design of the piston ring of internal combustion engines

Info

Publication number: DE1476145A1
Application number: DE19651476145
Authority: DE
Inventors: Dieter Kramer
Original assignee: Zuendapp Werke GmbH
Current assignee: Zuendapp Werke GmbH
Priority date: 1965-09-16
Filing date: 1965-09-16
Publication date: 1970-01-29

Description

Anordnung und Ausbildung des Kolbenringes von Brennkräftmaschinen. Die Erfindung betrifft die Anordnung und Ausbildung eines Kolbenringes für Arbeitskolben von schnellaufenden Brennkraftmaschineu.Arrangement and design of the piston ring of internal combustion engines. The invention relates to the arrangement and design of a piston ring for working pistons of high-speed internal combustion engines, etc.

Die Kolbenringe für Kolben von Brennkraftmaschinen haben generell eine Anzahl von unmittelbar zusammenhängenen Aufgaben zu erfüllen, die naturgemäß beeinflußend auf ihre Konstruktion und Anordnung einwirken. Als Hauptaufgaben gelten die Abdichtung des Verbrennungsraumes vom Triebwerksraum gegen Gasdurchtrtt und unzuläßigen Öldurchtritt sowie die Ableitung der Verbrennungswärme. Je nach Bauart, Leistung und Verwendungszweck der Brennkraftmaschine werden zwangsläufig bei der Lösung der Einzelprobleme gegenüber der zu erfüllenden Gesamtaufgabe gewisse Konzessionen bei der Konstruktion gemacht. So hat die Technik eine ganze Anzahl von Kolbenringarten entwickelt, die je nach der Bedeutung der gestellten Anforderungen ausgebildet sind. So sind die rechteckigen Kompressionsringen die sogenannten Minutenringe, die Tnnenfasenringe, Trapezringe usw: bekannt geworden. Jeder dieser Ringe ist für die optimale Erfüllung einer speziellen Aufgabe prädestiniert.' Es versteht sich von selbst, daß die Ausbildung der Kolbenringe mit deren Anordnung am Kolben aufeinander abgestimmt sein muß. Aus der "Tüahle-Kolbenkunde" 2. Auflage 1964, Seite 68 ff ist -es bekannt, daß axial niedrige Ringe für schnellaufende Brennkraftmaschinen Vorteile aufweisen, wie z.B. kleinere Massenwirkung und geringere Neigung zum Fressen. Als Ringhöhe wird hierbei das ganz spezielle Maß von 2 - 2,5 :nm angegeben. In den weiteren Ausführungen der Literaturstelle wird als erstrebenswertes Ziel der Technik hervorgehoben, daß mit möglichst wenig Kolbenringen ausgekommen werden soll. Für die spezifische Pressung wird angegeben, daß diese von der Spreitzung des Ringes und von dem Verhältnis abhängt, das durch Außenringdurchmesser zu radialer Ringstärke gegeben ist. Die axiale Höhe des Kolbenringes soll hierbei keinen Einfluß ausüben.The piston rings for pistons of internal combustion engines generally have to fulfill a number of directly related tasks that are naturally have an influence on their construction and arrangement. The main tasks are considered the sealing of the combustion chamber from the engine room against gas penetration and impermissible oil penetration as well as the dissipation of the heat of combustion. Depending on the design, Performance and purpose of the internal combustion engine are inevitably in the Solving the individual problems in relation to the overall task to be fulfilled, certain concessions made during construction. So the technology has a number of types of piston rings developed according to the importance of the requirements. The rectangular compression rings are the so-called minute rings, the inner bevel rings, Trapezoidal rings etc: became known. Each of these rings is for optimal fulfillment predestined for a special task. ' It goes without saying that the training the piston rings with their arrangement on the piston must be coordinated with one another. the end the "Tüahle-Kolbenkunde" 2nd edition 1964, page 68 ff - it is known that axially low rings for high-speed internal combustion engines have advantages, e.g. smaller mass effect and less tendency to eat. The ring height here is the very special dimension of 2 - 2.5: nm is given. In the further explanations of the Literature is highlighted as a desirable goal of the art that with as few piston rings as possible should be used. For the specific pressing it is stated that this depends on the spreading of the ring and on the ratio, which is given by the outer ring diameter to the radial ring thickness. The axial height the piston ring should not have any influence here.

Zur Anordnung der Ringe am Kolben wird in- der genannten Druckschrift hervorgehoben, daß für die sogenannte Feuersteghöhe zum Schutze des ersten Kolbenringes ein nicht zu kleines Maß anzustreben ist, das bei Ottomotoren mit 6 - 10 % des Kolbendurchmessers angegeben wird.For the arrangement of the rings on the piston, the cited publication emphasized that for the so-called top land height to protect the first piston ring A dimension that is not too small should be aimed for, that of 6 - 10% of the piston diameter in gasoline engines is specified.

Jeweils in den Abbildungen 1 der deutschen Patentschriften 479 822 und 298 586 sind Kolbenringanordnungen gezeigt, bei denen die Steghöhe gleich oder annähernd gleich der Ringhöhe -bzwo der axialen Ringstärke des Kolbenringes ist.Each in Figure 1 of German patent specification 479 822 and 298,586 piston ring assemblies are shown where the land height is equal to or approximately equal to the ring height -bzwo the axial ring thickness of the piston ring.

Desweteren ist es aus der französischen'Patentschrift 501 263 und dem USA-Patent 1 159 066 bekannt, nur einen einzigen Kolbenring am Kolben anzuordnen, da dadurch die Reibung verringert und der Wirkungsgrad entsprechend vergrößert werden. Dieser genannte Stand der Technik weist nun insgesamt eine Reihe von Nachteilen auf. Zum einen verwenden viele der bekannten Anordnungen mehrere Kolbenringe und zum anderen herrscht in der Praxis die Ansicht vor, daß für die Feuersteghöhe ein nicht zu kleines Maß-anzu- "streben ist, um den ersten Kolbenring zu schützen. Eine solche Anordnung geht aber speziell beim schlitzgesteuerten Zwei-Takt-Motor auf Kosten einer genauen Gaswechselsteuerung. Ein weiterer Nachteil des bekannten Standes der Technik ist die große Anzahl von verschiedenen Kolbenringausführungen und deren unterschiedliche Massenwirkung im Betriebszustand. Aufgabe der Erfindung ist es dehalb, für schnellaufende Brenilkraftmaschinen Maßnahmen festzulegen, die durch die Ausbildung und Anordnung eines einzigen Kolbenringes eine optimale Erfüllung aller gestellten Anforderungen für die geläufigen Kolbendurchmesser gestatten.Furthermore, it is known from French patent specification 501 263 and US patent 1 159 066 to arrange only a single piston ring on the piston, since this reduces the friction and increases the efficiency accordingly. Overall, this prior art mentioned has a number of disadvantages. On the one hand, many of the known arrangements use several piston rings and, on the other hand, the prevailing view in practice is that the top land height should not be too small in order to protect the first piston ring slot-controlled two-stroke engine at the expense of an accurate gas exchange control. Another disadvantage of the known prior art is the large number of different piston ring designs and their different mass effects in the operating state Design and arrangement of a single piston ring allow optimal fulfillment of all requirements for the common piston diameter.

Alle diese Nachteile beseitigt die Erfindung in überraschend einfacher, kosten- und materialsparender Weise dadurch, daß die Kolbenringhöhe das 0,015 bis 0.02-fache des Kolbendurchmessers beträgt, während die radiale Kolbenringstärke gegenüber der Ringhöhe doppelt so groß ist und die Steghöhe des Kolbens in der Feuerzone gleich oder kleiner der Kolbenringhöhe ist. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein gleichbleibender Wirkungsgrad für alle bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen vorkommenden Kolbendurchmesser gegeben. Eingehende Versuche haben gezeigt, daß entgegen der bisherigen Auffassung das erfindungsgemäße Verhältnis Kolbenringhöhe zum Kolbendurchmesser und der radialen Kolbenringstärke in Bezug auf die Steghöhe des Kolbens in der Feuerzone, die optimale Erfüllung aller geforderten Eigenschaften einer Kolbenringanordnung bringt.The invention eliminates all of these disadvantages in a surprisingly simple manner, Cost and material saving way in that the piston ring height is 0.015 to 0.02 times the piston diameter, while the radial piston ring thickness compared to the ring height is twice as large and the land height of the piston in the fire zone is equal to or less than the piston ring height. By means of these measures according to the invention is a constant efficiency for all with high-speed internal combustion engines occurring piston diameter given. In-depth tests have shown that contrary the previous view the ratio of the piston ring height to the piston diameter according to the invention and the radial piston ring thickness in relation to the land height of the piston in the fire zone, the optimal fulfillment of all required properties of a piston ring arrangement brings.

Als markante Vorteile, die die erfindungsgemäßen Maßnahmen kennzeichnen, sind anzuführen: Schnelles Einlaufen, die verminderte: Neigung zum Fressen durch die geringe Kolbenringhöhe, die Verhinderung einer unzulässigen Verformung, die durch die radiale Kolbenringstärke hervorgerufen wird und eine sehr genaue Steuerung des Gaswechsels beim Zwei-Takt-Motor, die durch die in die Feuerzone hochgeschobene Anordnung des Kolbenringes bewirkt wird.As distinctive advantages that characterize the measures according to the invention, are to be mentioned: rapid running-in, the reduced: tendency to eat through the low piston ring height, the prevention of impermissible deformation, the caused by the radial piston ring thickness and a very precise control of the gas exchange in the two-stroke engine, which is caused by the in the fire zone pushed up arrangement of the piston ring is effected.

In einer speziellen Ausführungsform weist der erfindungsgemäße Kolbenring eine konisch ausgebildete Lauffläche auf, deren Neigung zur Senkrechten ungefähr ein Zehntel der radialen Kolbenringstärke beträgt.In a special embodiment, the piston ring according to the invention has a conical running surface, the inclination of which to the vertical is approximately is one tenth of the radial piston ring thickness.

Dadurch werden, die bereits erwähnten Vorteile der Erfindung noch um einen weiteren Vorteil bereichert, nämlich um denjenigen des schnellen Einlaufens. Als ein weiterer Vorteil erweist es sich auch, daß bei dieser Ausbildung des Kolbenrings der Reibungswiderstand herabgesetzt wird.As a result, the advantages of the invention already mentioned are still Enriched with another advantage, namely that of the rapid running-in. Another advantage is that in this design of the piston ring the frictional resistance is reduced.

".lach einer weiteren Ausführung der Erfindung kann der einzige Kolbenring in an sich bekannter Weise hartverchromt sein. ,Dadurch wird eine hohe Verschleißfestigkeit erreicht und die Verwendung nur eines einzigen Kolbenringes ermöglicht; denn entgegen der bisherigen Auffassung, haben eingehende Versuche gezeigt, daß für die Wärmeableitung die Verwendung nur eines Kolbenringes genügt.". According to a further embodiment of the invention, the single piston ring be hard chrome-plated in a known manner. , This creates a high level of wear resistance achieved and allows the use of only a single piston ring; because opposite previous view, detailed tests have shown that for heat dissipation the use of only one piston ring is sufficient.

Die Erfindung ist in der, Zeichnungen veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 einen "jcrnizt durch einen Kolben nit der erfindungsgemäßer. Anordnung und Ausbildung des Kolbenringes,-Fig. 2 den vergrößerten Ausschnitt der Kolbenringanordnung nach F ig. 1 , Fig. 3 den vergrößerter, Ausschnitt der Kolbenringanordnung in einem weiteren Ausführungsbeispiel. Mit 1 ist der Kolben einer Brennkraftmaschine bezeichnet, in dessen Feuerzone ein Kolbenring 2 lagert. Dieser ist so ausgebildet, daß die,Kolbenringhöhe 3 dem 0,015- bis 0,02-ten Teil des Kolbendurchmessers d@entspricht und die radiale Kolbenringstärke 4 doppelt so groß ist wie die Kolbenringhöhe 3. Die Steghöhe 5 des Kolbens ;l ist gleich oder kleiner als die Kolbenringhöhe 3. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, die Lauffläche 6 des Kolbenringes 2 so konisch auszubilden, daß die Neigung a zur Senkrechten ungefähr ein Zehntel der radialen Kolbenringstärke 4 beträgt. PatentansprücheThe invention is illustrated in the drawings. Show it: Fig. 1 shows a "jcrnizt through a piston with the inventive arrangement and Training of the piston ring, -Fig. 2 shows the enlarged section of the piston ring arrangement according to Fig. 1, FIG. 3 shows the enlarged section of the piston ring arrangement in one further embodiment. 1 is the piston of an internal combustion engine denotes, in the fire zone of which a piston ring 2 is stored. This is trained that the piston ring height 3 corresponds to the 0.015 to 0.02 th part of the piston diameter d @ and the radial piston ring thickness 4 is twice as large as the piston ring height 3. The land height 5 of the piston; l is equal to or less than the piston ring height 3. In a further embodiment it is proposed that the running surface 6 of the Piston ring 2 to be conical so that the slope a to the vertical approximately one tenth of the radial piston ring thickness 4 is. Claims

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Pistons for internal combustion engines, which has only a single piston ring, characterized in that the piston ring height (3) 0.015 to 0.02 times the piston diameter (d) and the radial piston ring thickness (4) is twice that of the piston ring height! (3) and that the land height (5) of the piston (1) equal to or less than the piston ring height (3) of the piston ring (2) is.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the piston ring (2) has a conical running surface (6) known per se, the inclination of which (a) is approximately one tenth of the radial piston ring thickness (4).

3. piston after one of claims 1 or 2, characterized in that the only piston ring (2) is hard chrome plated in a known manner.