DE1525502C

DE1525502C - Light metal pistons for internal combustion engines, compressors, pumps and the like

Info

Publication number: DE1525502C
Authority: DE
Inventors: Der Anmelder Ist
Original assignee: Agostinone Dr Ing Mario,Brescia (Italien)
Publication date: 1971-05-13

Description

ί 2ί 2

Die Abdichtung des Kolbens von Brennkraftma- Kolbenringe darbieten. Die Einlageplättchen können schinen, Kompressoren, Pumpen u. dgl. gegen die Vorsprünge zur besseren Verankerung im Kolben-Zylinderwand wird bekanntlich durch Kolbenringe werkstoff aufweisen.Present the sealing of the piston of internal combustion engine piston rings. The insert plates can Machines, compressors, pumps and the like against the projections for better anchoring in the piston-cylinder wall is known to have piston rings made of material.

erzielt, die sich einerseits gegen die Zylinderwand und Aber auch dieses Vorgehen hat bisher nicht zu andererseits gegen entsprechende Nuten im Kolben 5 befriedigenden Ergebnissen geführt, weil die so einabstützen. Eine wirksame Abdichtung kann hierbei gesetzten Plättchen die von dem Kolbenring aufgenur erzielt werden, wenn die Seitenflächen der KoI- nommene Last zumindest in radialer und axialer benringnuten intakt bleiben, da hiervon auch die Richtung auf eine praktisch gleich große Fläche der richtige Arbeitslage der an der Zylinderwand anlie- Aluminiumlegierung, auf der sie sich abstützen, übergenden Fläche der Kolbenringe abhängt. Sind die io tragen und diese damit in gleicher Weise beanspru-Seitenflächen der Kolbenringnuten einwandfrei, so chen. So kommt es, daß die Aluminiumfläche, welche bleibt auch bei Abnutzung der Kolbenringe die Ab- diese Last aufnimmt, nicht weniger beansprucht wird, dichtung erhalten, weil die an der Zylinderwand an- als wenn sie die Last unmittelbar vom Kolbenring liegende Fläche sich ständig erneuert, wie in F i g. 1 empfangen würde, wobei sich das Einlageplättchen gezeigt ist. Hier ist mit α der neue Kolbenring und 15 auch noch verschiebt und dadurch rasch noch weit mit b der in der richtigen Weise abgenutzte Kolben- größere Zerstörungen anrichtet als ohne jede Verring bezeichnet. Stärkungseinlage, zumal das Einlageplättchen bereitsachieved, which on the one hand against the cylinder wall and But even this approach has not yet led to on the other hand against corresponding grooves in the piston 5, because they are supported in this way. An effective seal can only be achieved by the small plates placed on the piston ring if the side surfaces of the load remain intact, at least in the radial and axial benring grooves, as this also means the direction of a practically equal area of the correct working position on the cylinder wall anlie- aluminum alloy on which they are supported depends on the overlying surface of the piston rings. If the io wear and this means that the side surfaces of the piston ring grooves are equally stressed, so chen. So it happens that the aluminum surface, which remains even when the piston rings are worn, takes up this load, is not less stressed, because the surface on the cylinder wall is constantly renewed than when the load is directly on the piston ring as in Fig. 1 would be received, showing the insert plate. Here with α the new piston ring and 15 is also displaced and thus quickly far with b the correctly worn piston causes greater damage than denoted without any reduction. Strengthening insert, especially since the insert plate is already

Auf den Kolbenring wirken verschiedene Kräfte im Bereich der untersten Ringnut endet,Various forces act on the piston ring in the area of the lowest ring groove ends,

ein, die in F i g. 2 dargestellt sind. Diese sind: Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zua, which is shown in FIG. 2 are shown. These are: The object of the invention is to address these disadvantages

Die Kraft A des Verbrennungsgases, 2° vermeiden und die Vorteile der offenen Strukturen,Avoid the force A of the combustion gas, 2 ° and take advantage of the open structures,

die von der Reibung des Kolbenrings an der Zylin- bei denen sich Stahlflächen mit Aluminiumflächenthat of the friction of the piston ring on the cylinder, which are steel surfaces with aluminum surfaces

derwand herrührenden Kräfte B und abwechseln, um die Wärmeabführung zu verbessern,the wall-derived forces B and alternate to improve heat dissipation,

die von der Massenträgheit des Kolbenrings her- trotzdem beizubehalten,to maintain the inertia of the piston ring anyway,

rührenden Kräfte C. Zur Lösung dieser Aufgabe ist der erfindungs-touching forces C. To solve this problem, the invention

AlIe diese Kräfte wirken auf die Seitenwände der 25 gemäße Leichtmetallkolben für Brennkraftmaschi-Kolbenringnut ein und wirken somit zusammen, um nen, Kompressoren, Pumpen u. dgl., dessen Kolbensie in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebsbedin- ringnuten durch Einlageplättchen aus Stahl od. dgl. gungen verschieden abzunutzen. verstärkt sind, wobei die Einlageplättchen Vor-All these forces act on the side walls of the light metal pistons for internal combustion engine piston ring groove a and thus work together to NEN, compressors, pumps and the like., Its piston depending on the respective operating conditions by insert plates made of steel or the like. conditions to wear out differently. are reinforced, with the insert plates

Bei den modernen Dieselmotoren ist durch die Sprünge zur besseren Verankerung im Kolbenwerkhohen Drücke und Temperaturen eine besonders 30 stoff aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß jedes hohe Beanspruchung der Kolbenringnuten gegeben, Einlageplättchen zur Vergrößerung seiner Auflageweil das Leichtmetall bei höheren Temperaturen eine fläche im Kolbenwerkstoff einen verbreiterten axialen sehr geringe mechanische Widerstandskraft hat. Das Fuß, Verdickungen an den durch die Kolbenringnut gilt besonders für den dem Brennraum am nächsten geschnittenen Stellen und seitliche Rippen an anderen liegenden Kolbenring. Unter der Einwirkung der ver- 35 Stellen aufweist und daß die Auflagefläche des Fußes schiedenen Kräfte verlieren die Ringnuten ihren unterhalb der ihm benachbarten Flanke des untersten rechteckigen Querschnitt und suchen einen trapezför- Nuteinschnittes liegt.In modern diesel engines, the jumps allow for better anchoring in the piston mechanism Pressures and temperatures have a particularly 30 substance, characterized in that each Given the high stress on the piston ring grooves, insert plates to enlarge its support The light metal has a widened axial area in the piston material at higher temperatures has very little mechanical resistance. The foot, thickenings on the through the piston ring groove applies particularly to the areas cut closest to the combustion chamber and lateral ribs on others lying piston ring. Under the influence of the 35 places and that the contact surface of the foot The ring grooves lose their different forces below the adjacent flank of the lowest rectangular cross-section and looking for a trapezoidal groove cut.

migen Querschnitt anzunehmen, wie in F i g. 3 und 4 Dank dieser Konstruktion ist die Auflagefläche des gezeigt ist. Dadurch wird die Führung der Kolben- Verstärkungsplättchens auf dem Aluminium auch für ringe verschlechtert, so daß diese sich verkanten und 40 axiale und radiale Beanspruchung weit größer als die infolgedessen eine abgerundete Oberfläche anneh- Berührungsfläche des Kolbenrings mit dem Verstärmen, wie Fig. 5 zeigt. Dadurch wird die Abdich- kungsplättchen. Dadurch tritt eine Druckverteilung tungswirkung verschlechtert, Verbrennungsgas kann ein, und die spezifische Druckbelastung der Alumieindringen und die Schmierschicht zerstören. Es tritt niumlegierung ist erheblich geringer als bei den beeine erhebliche Temperaturerhöhung auf, die zum 45 kannten offenen Konstruktionen. Es läßt sich leicht weiteren Verschleiß des Kolbenrings und seiner Nut erreichen, daß die spezifische Belastung der Leichtbeiträgt. Schließlich können durch den Aufschlag der metallegierung geringer als die zulässige Höchstlast hin- und herrutschenden Kolbenringe sogar die Zwi- ist. Das Verstärkungsplättchen verhält sich also in schenwände zwischen den einzelnen Nuten nach- diesem Falle so, wie wenn ein Pfeiler mit einem geben und brechen. Diese Effekte sind noch ausge- 50 Sockel versehen ist, der eine wesentlich größere prägter bei Motoren mit Vorverdichtung. Fläche als der Pfeiler einnimmt und so die Last aufassume a moderate cross-section, as shown in FIG. 3 and 4 Thanks to this construction, the contact surface of the is shown. This will guide the piston reinforcement plate on the aluminum for rings deteriorated, so that they tilt and 40 axial and radial stress far greater than that as a result, a rounded surface approximates the contact surface of the piston ring with the reinforcement, as Fig. 5 shows. This becomes the sealing plate. This results in a pressure distribution performance deteriorates, combustion gas can penetrate, and the specific pressure load of the aluminum penetrate and destroy the smear layer. It occurs nium alloy is significantly less than on the legs considerable increase in temperature, the open constructions known for the 45th century. It's easy further wear of the piston ring and its groove achieve that the specific load contributes to the light. Finally, the impact of the metal alloy can lower than the maximum permissible load reciprocating piston rings even the difference. The reinforcement plate behaves in Intermediate walls between the individual grooves in this case as if a pillar with a give and break. These effects are still made out- 50 base is provided, which is a much larger one more characteristic of engines with pre-compression. Area than the pillar takes up and so the load

Es bleibt also keine andere Wahl, als die Kolben- einen weichen Untergrund verteilen kann, ohne des-So there is no other choice than the piston can distribute a soft surface without the-

ringnuten mit Einlagen aus einem Werkstoff mit sen Belastungsgrenze zu überschreiten,ring grooves with inlays made of a material with a sen load limit to be exceeded,

hoher mechanischer Widerstandsfähigkeit bei den Die Erfindung wird nachstehend an Hand derhigh mechanical resistance in the case of the. The invention is described below with reference to FIG

Betriebstemperaturen zu versehen. Hierfür sind zahl- 55 Zeichnung erläutert. Hierin sindTo provide operating temperatures. Numerous drawings are explained for this purpose. Are in it

reiche Lösungsvorschläge bekannt, die aber alle zu F i g. 6 und 7 Vorder- und Rückansicht eines erfin-rich solution proposals known, but all of them to F i g. 6 and 7 front and rear view of an inventive

'"»chwierigkeiten geführt haben. Im allgemeinen wer- dungsgemäßen Verstärkungsplättchens in perspekti-'"» Have led to difficulties.

den starre oder elastische Ringe aus Gußeisen oder vischer Darstellung,the rigid or elastic rings made of cast iron or Vischer representation,

Stahl verwendet, die ringsum geschlossen sind, des- F i g. 8 die perspektivische Darstellung einer Verhalb den axialen Wärmefluß des Aluminiumkolbens 60 Stärkungseinlage nach dem Ausfräsen der Kolbenbehindern, sowie eine erhebliche Masse haben. ringnuten undSteel used, which are closed all around, des- F i g. 8 the perspective illustration of a half hinder the axial heat flow of the aluminum piston 60 reinforcement insert after the piston has been milled out, as well as have considerable mass. ring grooves and

Man hat andererseits die Lösung des Problems mit F i g. 9 die teilweise aufgebrochene Ansicht einesOn the other hand, one has the solution to the problem with FIG. 9 is a partially broken away view of a

offenen Konstruktionen versucht, die dem Wärmefluß mit derartigen Einlagen versehenen Kolbens,open constructions tries to prevent the heat flow of the piston provided with such inserts,

im Kolben keinen Widerstand entgegensetzen, indem In den Leichtmetallkolben sind auf dem UmfangDo not oppose any resistance in the piston by In the light alloy pistons are on the circumference

in den Kolben Stahlplättchen eingesetzt sind, die 65 verteilt Einlageplättchen 1 eingegossen, die aus StahlSteel plates are used in the piston, the 65 distributed insert plates 1 cast, which are made of steel

vertikal und horizontal ohne gegenseitige Verbindung oder einem sonstigen widerstandsfähigen Werkstoffvertically and horizontally without any mutual connection or any other resistant material

angeordnet sind und Stützflächen erhöhten Wider- bestehen. Jede Verstärkungseinlage 1 weist einenare arranged and support surfaces increased resistance. Each reinforcement insert 1 has one

Standes gegenüber der Aluminiumlegierung für die Fuß 2 auf, dessen Breite L so berechnet ist, daß beiStand against the aluminum alloy for the foot 2, the width L is calculated so that at

der erwarteten Höchstbelastung die Widerstandsfähigkeit des Leichtmetalls an der Stelle, auf welcher sich der Fuß abstützt, nicht überschritten wird. Entsprechend den Zonen, an denen die Kolbenringnuten 8 angebracht werden sollen, sind Verstärkungen 3 und 4 vorgesehen, deren Breite M größer als die normale Dicke S der Verstärkungseinlagen ist. Der Zweck dieser Verbreiterungen ist es, eine vorgeschriebene Last aufnehmen zu können, ohne daß das ganze Einlageplättchen dicker gemacht werden muß. Hierdurch kann eine Gewichtseinsparung erzielt werden. the expected maximum load, the resistance of the light metal at the point on which the foot rests is not exceeded. Corresponding to the zones to which the piston ring grooves 8 are to be attached, reinforcements 3 and 4 are provided, the width M of which is greater than the normal thickness S of the reinforcement inserts. The purpose of these extensions is to be able to accommodate a prescribed load without the entire insert plate having to be made thicker. A weight saving can be achieved in this way.

Am hinteren Teil jedes Plättchens 1 sind schließlich Verdickungen 5 gegeneinander versetzt angebracht, die dazu dienen, das Plättchen im Kolben beim Guß zu verankern und exzentrische Belastungen aufzunehmen.Finally, on the rear part of each plate 1, thickenings 5 are attached offset from one another, which serve to anchor the plate in the piston during casting and eccentric loads to record.

Die Plättchen 1, die noch mit seitlichen Verstärkungsrippen 6 im Anschluß an die Verdickungen 3 und 4 versehen sind, um die Auflagefläche zu vergrößern, sind radial im Kopf des Kolbens eingegossen, ohne daß eine Verbindung zwischen ihnen besteht, so daß sie den Ausdehnungen des Kolbens frei folgen können. Nach dem Guß werden die Einlageplättchen von den Nuten für die ersten Kolbenringe durchschnitten und ergeben so an den Auflageblechen der Kolbenringe Stellen hohen Widerstandes, die auch unter schweren Betriebsbedingungen den Schlagbeanspruchungen nicht nachgeben.The platelets 1, which are still provided with lateral reinforcing ribs 6 following the thickenings 3 and 4 are provided to increase the bearing surface, are radially cast in the head of the piston, without any connection between them so that they freely follow the expansions of the piston be able. After casting, the insert plates are cut from the grooves for the first piston rings and thus result in places of high resistance on the support plates of the piston rings, which also Do not give in to impact loads under severe operating conditions.

Die so angeordneten Einlagen verteilen die von den Kolbenringen aufgenommene Last auf eine Fläche der Aluminiumlegierung, die ausreicht, um die Last zu absorbieren, ohne die Elastizitätsgrenze der Legierung zu überschreiten. Diese Lastverteilung wird von dem Fuß 2 und den Rippen 6 besorgt. Wegen der vergrößerten Fläche derselben ist die Drucklast je Flächeneinheit entsprechend geringer. Ferner bleibt die Anlagefläche des Kolbenrings, die abwechselnd aus Leichtmetall und aus Stahl besteht, eben und trotzdem ist die Wärmeabführung in keiner Weise behindert. So wird gewährleistet, daß derThe inserts arranged in this way distribute the load absorbed by the piston rings to one Area of the aluminum alloy sufficient to absorb the load without the elastic limit to exceed the alloy. This load distribution is taken care of by the foot 2 and the ribs 6. Because of the enlarged area thereof, the pressure load per unit area is correspondingly lower. Furthermore, the contact surface of the piston ring, which consists alternately of light metal and steel, remains even and yet the heat dissipation is not hindered in any way. This ensures that the

ίο Querschnitt der Kolbenringnuten rechteckig bleibt, wie es eingangs gefordert wurde.ίο the cross-section of the piston ring grooves remains rectangular, as requested at the beginning.

Damit werden durch die erfindungsgemäße Konstruktion alle eingangs geschilderten Nachteile und Gefahren eines Nachgebens der Seitenwände der Kolbenringnuten ausgeschaltet.Thus, all of the disadvantages and disadvantages described at the outset are eliminated by the construction according to the invention The risk of the side walls of the piston ring grooves giving way is eliminated.

Claims

Claim:

Light metal pistons for internal combustion engines, compressors, pumps and the like, their piston ring grooves Reinforced by insert plates made of steel or the like, the insert plates Have projections for better anchoring in the piston material, characterized in that that each insert plate

(1) a widened axial foot to enlarge its contact surface in the piston material (2), thickenings (3, 4) at the points cut through the piston ring groove (8) and at the sides Has ribs (6) in other places and that the bearing surface of the foot (2) below it adjacent flank of the lowest groove incision.

1 sheet of drawings