DE1526610A1

DE1526610A1 - Piston of a two-stroke piston internal combustion engine with a gas-tight piston ring consisting of one piece

Info

Publication number: DE1526610A1
Application number: DE19661526610
Authority: DE
Inventors: Hellingman Gosen Jop
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1966-11-30
Filing date: 1966-12-06
Publication date: 1970-01-29
Also published as: CH469189A; ES347398A1; NL6617798A; GB1202889A

Description

Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz Sulzer Brothers Aktiengesellschaft, Winterthur / Switzerland

Kolben einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine mit einem aus einem Stück bestehenden gasdichtenPiston of a two-stroke piston internal combustion engine with a gas tight one made of one piece

KolbenringPiston ring

Die Erfindung betrifft einen Kolben einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmas chine mit einem aus einem Stück bestehenden gasdichten Kolbenring mit gasdichtem Schloss, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kolbenring auf seiner dem Brennraum der Maschine zugewandten Seite mit einem nach aussen gerichteten Absatz versehen ist, der auf einem mit einer entsprechend abgesetzten Stützfläche versehenen geschlitzten Stützring aufliegt, dessen Schlitz gegenüber dem Schloss des Kolbenrhges versetzt ist und der so bemessen ist, dass er sich im Betrieb zusammen mit dem Kolbenring auf der Zylinderwand abstützt.The invention relates to a piston of a two-stroke piston combustion engine chine with a one-piece gas-tight piston ring with gas-tight lock, which thereby is characterized in that the piston ring on its side facing the combustion chamber of the engine is marked with a outwardly directed paragraph is provided, which is slotted on a provided with a correspondingly offset support surface Support ring rests, the slot of which is offset from the lock of the piston ring and which is so dimensioned is that it is supported together with the piston ring on the cylinder wall during operation.

Es ist bekannt, Kolben von Kolbenbrennkraftmaschinen mit den an sich tekannten Kolbenringen mit sogenanntem gasdichtem Schloss auszurüsten, so dass ein aus einem Stück bestehender gasdichter Kolbenring entsteht. Bei Zweitakt-It is known that pistons of piston internal combustion engines with the piston rings known per se with what is known as gas-tight Equip the lock so that a one-piece gas-tight piston ring is created. With two-stroke

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Kolbenbrennkraftmaschinen besteht dabei jedoch der Nachteil, dass auf die Enden des Kolbenringes im Bereich des Schlosses beträchtliche Gaskräfte wirken, die, wenn der Ring mit seinem Schloss in den Bereich eines Schlitzes gelangt, einen Bruch des Endes des Kolbenringes hervorrufen können. Es ist nämlich z.B. bei Grossmotoren schwierig, Vorrichtungen zu entwickeln, die eine Drehung des Kolbenringes in seiner Nut verhindern würden. Andererseits ist eine Bewegung des Ringes in der Kolbennut erwünscht, da dadurch ein besserer Einlauf des Kolbenringes entsteht und der Gefahr eines Festklemmens in der Nut entgegengewirkt wird. Das h± zur Folge, dass bisher in vjelen Fällen bei Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschinen von der Verwendung dieser an sich bewährten gasdichten Kolbenringe abgesehen wurde.Piston internal combustion engines, however, have the disadvantage that the ends of the piston ring in the area of the lock considerable gas forces act which, if the ring with its lock gets into the area of a slot, break it the end of the piston ring can cause. This is because it is difficult to develop devices for large engines, for example, which would prevent rotation of the piston ring in its groove. On the other hand, there is movement of the ring in the piston groove desirable, as this results in a better run-in of the piston ring and the risk of jamming in the groove is counteracted. The h ± implies that so far in many cases in two-stroke piston internal combustion engines from the use of these gas-tight piston rings, which have proven themselves in themselves was disregarded.

Es sind andererseits z.B. aus dem britischen Patent 412.695 zusammengesetzte gasdichte Kolbenringe bekannt, wobei die Ringe aus je zwei Teilen mit versetzten Schlitzen bestehen, die an sich allein nicht gasdicht sind. Bei derartigen Ringen wird der obere Ring zwar durch die Gaskräfte gegen den unteren Ring gepresst, seine freien Enden könnenOn the other hand, gas-tight piston rings composed of, for example, British patent 412,695 are known, The rings each consist of two parts with staggered slots, which in themselves are not gas-tight. With such Although the upper ring is pressed against the lower ring by the gas forces, its free ends can wrestle

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BAD ORiGINAL ,BATHROOM ORiGINAL,

sich jedoch unter dem Einfluss der Massenkräfte Verhältnismassig frei bewegen, da die Gaskräfte durch den Schlitz des oberen Ringes auch unter die Enden des oberen Ringes dringen können und hier daher keine wesentliche Anpresskraft entsteht. Es können dabei Ablagerurigen von Oelkohle unter den Enden des oberen Teiles des zusammengesetzten Ringes entstehen, die Brüche dieser Enden zur Folge haben.However, under the influence of inertial forces, they are relatively move freely as the gas forces through the slot of the top ring also under the ends of the top ring can penetrate and therefore no significant contact pressure arises here. There can be deposits of oil coal under arise at the ends of the upper part of the assembled ring, resulting in breakage of these ends.

Es hat sich erwiesen, dass die Temperatur des ersten Kolbenringes bei einem nicht gasdichten Schloss, das z.B. durch einen Schlitz gebildet ist, an den Enden viel höher ist als dir Temperatur an weiter vom Schloss entfernten Stellen des Ringes. Das ist darauf zurückzuführen, dass der Kolbenring durch die durchströmenden Gace erhitzt wird und gleichzeitig die Enden schlechter gekühlt werden, da sie zur Verminderung der Bruchgefahr so ausgebildet sind, dass sie nicht mit der vollen Kraft auf der Zylinderwand aufliegen. Der Temperaturanstieg an den Enden des Kolbenrfoges ist umso grosser, je näher sich der erste Kolbenring zur oberen Kante des Kolbens befindet. Man war daher gezwungen, den ersten Ring in eines verhältnismässig grossen AbstandIt has been shown that the temperature of the first piston ring in a non-gas-tight lock, that is formed by a slot, for example, is much higher at the ends than the temperature at further away from the lock Make the ring. This is due to the fact that the piston ring is heated by the gas flowing through it and at the same time the ends are less well cooled, as they are designed to reduce the risk of breakage, that they do not rest on the cylinder wall with full force. The rise in temperature at the ends of the bulb is larger, the closer the first piston ring is to the upper edge of the piston. One was therefore forced to the first ring at a relatively large distance

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von der oberen Kante des Kolbens anzuordnen, um ihn auf diese Weise kühl zu halten. Das hatte jedoch wieder Nachteile beim Steuerungsvorgang, d.h. der Bestimmung der Oeffnungszeiten der Zylinderschlitze durch den Kolben zur Folge, da eine teilweise Gasströmung durch die Schlitze und den Spalt zwischen dem Kolben und der Zylinderwand bereits nach dem Passieren des obersten Kolbenringes eingetreten ist, noch fcevor die obere Kante des Kolbens die Schlitze erreicht hat.from the top edge of the piston to place it on this way to keep it cool. However, this again had disadvantages in the control process, i.e. the determination of the opening times of the cylinder slots through the piston result in a partial gas flow through the slots and the The gap between the piston and the cylinder wall has already occurred after passing the top piston ring, before the upper edge of the piston has reached the slots.

Die Erfindung hat die Beseitigung dieser Nachteile und die Schaffung eines Kolbens mit einem entspreiiend *aus* gebildeten Kolbenring zum Ziel, welcher auch in grösserer Nähe zur oberen Kolbenkante kühl bleibt, ohne der Gefahr des Bruches der Ringenden ausgesetzt zu sein. Dabei wird ausser einer präziseren Bestimmung der Oeffnungszeiten der Schlitze auch die den heissen Gasen ausgesetzte Fläche des Kolbens verringert. Der Kolben bleibt kühler und die durch das Kühlwasser abzuführende Wärmemenge ist kleiner. Ausser einer erhöhten Lebensdauer durch bessere Schmierung der kühleren Lauffläche kann eine mit einem derartigen Kolben ausgestattete Reihenbrennkraftmaschine auch einen besseren thermischen Wirkungsgrad aufweisen.The invention has the elimination of these disadvantages and the creation of a piston with a corresponding * from * formed piston ring to the target, which remains cool even closer to the upper edge of the piston, without the danger to be exposed to breakage of the ring ends. In addition to a more precise determination of the opening times, the Slits also reduce the area of the piston exposed to the hot gases. The flask stays cooler and the through the amount of heat to be dissipated is smaller. In addition to an increased service life through better lubrication of the An in-line internal combustion engine equipped with such a piston can also have a better cooler running surface have thermal efficiency.

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Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungen erläutert. Es zeigen:The invention is illustrated schematically in the drawing illustrated explanations. Show it:

Fig.1 eine Ansicht eines erfindungsgemässen Kolbens, Fig.2 den Bereich des Schlosses des ersten Kolbenringes aus der Fig.1 in grösserem Massstab, Fig.3 den Schnitt III - III aus der Fig.2, Fig.4 eine Teilansicht des ersten Kolbenringes, gegenüber der Fig.2 um 180° versetzt, Fig.5 ein Diagramm der am Umfang des ersten Kolbenringes auftretenden Temperaturen,1 shows a view of a piston according to the invention, FIG. 2 shows the area of the lock of the first piston ring from FIG. 1 on a larger scale, 3 shows the section III - III from FIG. 2, FIG. 4 shows a partial view of the first piston ring, opposite of Figure 2 offset by 180 °, Figure 5 is a diagram of the circumference of the first piston ring occurring temperatures,

Fig.6 eine Ansicht einer anderen Ausführung des erfindungsgemäss verwendeten Kolbenringes mit Stützring, in Achsrichtung des Kolbens von oben betrachtet.6 shows a view of another embodiment of the invention used piston ring with support ring, viewed in the axial direction of the piston from above.

In der Fig.1 ist ein Kolben 1 einer Zweitakt-Kolbenbrennkraftmaschine dargestellt, der mit Ringnuten 2 versehen ist. Der Kolben kann ein Tauchkolben oder ein Kolben einer Kreuzkopfmaschine sein. In der ersten Ringnut ist ein Kolbenring 3 mit einem gasdichten Schloss 4 angeordnet, der mit einem Stützring 5 versehen ist. In den weiteren Nuten 2 sind1 shows a piston 1 of a two-stroke piston internal combustion engine shown, which is provided with annular grooves 2. The piston can be a plunger or a piston Be a crosshead machine. In the first ring groove, a piston ring 3 is arranged with a gas-tight lock 4, which with a support ring 5 is provided. In the other grooves 2 are

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normale Kolbenringe 6 angeordnet, die mit durch Schlitze 7 gebildeten Schlössern versehen sind.normal piston rings 6 arranged, which with through slots 7 formed locks are provided.

In der Fig.2 ist der Bereich des Ringes 3 um das Schloss 4 herum in grösserem Massstab dargestellt. Wie aus der Fig.3 ersichtlich ist, fet das Schloss 4 in an sich bekannter V/eise durch ein mit einem Kreissegment begrenztes Ende 10 des Kolbenringes gebildet, welches in eine entsprechend ausgebildete Ausnehmung 11 eingreift. Erfindungsgemäss ist der Rirg 3 mit einem nach aussen gerichteten, d.h. zur Zylinderwand 8, die sich in der Fig.3 links befindet, weisenden Absatz 12 versehen, an den sich ebene Flächen 13 und 14 anschliessen. Ueber dem Ring 3 befindet sich der Stützring 5, der entsprechende Flächen 12a, 13a, 14a hat, die mit den Flächen 12, 13, 14 des Kolbenringes 3 zusammenwirken. Die äussere Form des Ringes 5 ergänzt den Querschnitt der beiden Ringe zu einem Rechteck.In FIG. 2, the area of the ring 3 around the lock 4 is shown on a larger scale. How out 3 can be seen, the lock 4 fet in a known manner by a segment delimited by a circle Formed end 10 of the piston ring which engages in a correspondingly formed recess 11. According to the invention is the ridge 3 with an outward facing, i.e. towards the cylinder wall 8, which is on the left in Fig. 3 Paragraph 12 is provided, which is followed by flat surfaces 13 and 14. Above the ring 3 is the support ring 5, the corresponding surfaces 12a, 13a, 14a, which with the Surfaces 12, 13, 14 of the piston ring 3 interact. the The outer shape of the ring 5 complements the cross-section of the two rings to form a rectangle.

Bei der dargestellten Ausführung ist der Absatz 12 durch eine zylindrische Fläche gebildet, ebenso wie die abgesetzte Stützfläche 12a des Stützringes 5. Der radiale Abstand A der beiden zylfridrischen Flächen 12, 12a von die Laufflächen bildenden Aussenflächen 9, 9a ist bei beidenIn the embodiment shown, the shoulder 12 is formed by a cylindrical surface, just like the stepped support surface 12a of the support ring 5. The radial distance A of the two cylindrical surfaces 12, 12a from the Outer surfaces 9, 9a forming treads are common to both

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Ringen 3 und 5 gleich. Dadurch wird gewährleistet, dass beide Ringe im Betrieb auf der Zylinderwand im wesentlichen gleichmässig aufliegen. Sobald Teile des Kolbenringes 3, insbesondere seine Enden, in den Bereich eines Zylinderschlitzes gelangen, so stützen sie'sich gegen den ntützring ab.Rings 3 and 5 the same. This ensures that both rings rest essentially evenly on the cylinder wall during operation. As soon as parts of the piston ring 3, in particular its ends come into the area of a cylinder slot, so they support themselves against the support ring away.

Wie aus der Fig.4 ersichtlich ist, ist der Stützring 5 an einer gegenüber dem Schloss 4 um 180° versetzten Stelle mit einem Schlitz 20 versehen. Ausserdem sind die Ringe 3 und 5 durch einen Stift 21, der sich allerdings an einer beliebigen Stelle befinden kann, gegen eine gegenseitige Verdrehung gesichert. Der Stift 21 kann z.B., wie dargestellt,As can be seen from FIG. 4, the support ring is 5 at a point offset by 180 ° with respect to the lock 4 provided with a slot 20. In addition, the rings 3 and 5 are through a pin 21, which is, however, on any Place can be located, secured against mutual rotation. The pin 21 can for example, as shown,

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im Ring 3 befestigt/und in eine Bohrung 22 mit Spiel eingreifen. fixed in the ring 3 / and engage in a hole 22 with play.

Die Enden des Stutzringes 5 können, wie dies bei geschlitzten Kolbenringen bekannt ist, εο geformt sein, dass sie sich in eingebautem Zustand etwas von der Zylinderwand abheben. Dadurch wird eine Gefahr der Entstehung von Brüchen des Stützringes verhindert.The ends of the support ring 5 can, as is known in the case of slotted piston rings, εο be shaped that they stand out slightly from the cylinder wall when installed. This creates a risk of fractures the support ring prevented.

Durch das gasdichte Schloss wird gleichzeitig im wesentlichen ein Durchblasen der Brenngase am ersten RingThe gas-tight lock essentially causes the fuel gases to be blown through at the first ring at the same time

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vorbei verhindert. Das wirkt sich als eine bedeutende Senkung der Temperatur des Ringes aus. Der Kolbenring 3, der an seinem ganzen Umfang kühler bleibt, kann näher zur oberen Kante des Kolbens angeordnet werden, ohne die Gefahr einer Ueberhitzung zu laufen.prevented from passing. This has the effect of significantly lowering the temperature of the ring. The piston ring 3, which stays cooler all around can be placed closer to the top edge of the piston without the danger overheating.

In der Fig.5 sind die Resultate von Messungen der Temperaturen eines normalen Kolbenringes mit einem Schlitz und eines erfindungsgemäss ausgebildeten Kolbenringes aufgezeichnet. Die Kurve a bezieht sich dabei auf einen Ring mit ' Schlitz. Man sieht aus dem Verlauf dieser Kurve, dass *die-Enden, die mit 0° und 360° bezeichnet sind, bedeutend heisser sind als der mittlere, um 180° versetzte Teil. Die Kurve b bezieht sich hingegen auf einen gasdichten Kolbenring der erfindungsgemässen Ausführung. Die Kurve verläuft praktisch horizontal, was eine im wesentlichen gleichmässige Temperatur anzeigt. Die am Verlauf der Kurve b sichtbaren Abweichungen von einer Geraden sind durch einen ungleichmassigen Auflagedruck des Ringes während der Messung an der Zylinderwand verursacht.In Fig.5 are the results of measurements of the temperatures of a normal piston ring with a slit and recorded a piston ring designed according to the invention. The curve a refers to a ring with a 'slot. You can see from the course of this curve that * the-ends, which are marked with 0 ° and 360 °, are significantly hotter than the central part, offset by 180 °. The curve b however, relates to a gas-tight piston ring of the design according to the invention. The curve is practical horizontally, indicating a substantially uniform temperature. The deviations visible on the course of curve b of a straight line are due to an uneven contact pressure of the ring during the measurement caused by the cylinder wall.

Der Umstand, dass der erfindungsgemäss ausgebildeteThe fact that the trained according to the invention

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Kolbenring wesentlich kuhler bleibt als die bisher verwendeten geschlitzten Ringe, dabei jedoch die gleiche Bruchsicherheit wie diese aufweist, kann dazu ausgenützt werden, den Ring näher zur oberen Kante des Kolbens zu verlegen. In der Pig.1 ist der Durchmesser des Kolbens 1 mit D bezeichnet. Der Abstand des ersten Ringes 3 zusammen mit dem Stützring 5 von der oberen Kolbenkante 30 ist mit M bezeichnet. Es ist dabei möglich, den Ring derart nahe zur Kante 30 anzuordnen,Piston ring remains much cooler than the previously used one slotted rings, but with the same break resistance as this one, can be used to the Move the ring closer to the top edge of the piston. The diameter of the piston 1 is denoted by D in Pig.1. Of the The distance of the first ring 3 together with the support ring 5 from the upper piston edge 30 is denoted by M. It is possible to arrange the ring so close to the edge 30,

M
dass das Verhältnis ^ kleiner ist als 0,15.M.
that the ratio ^ is less than 0.15.

Bei der in der Fig.3 dargestellten Ausführung hat der Stützring 5 die gleiche radiale Breite wie der Kolbenring 3. Dadurch wird erreicht, dass der Stützring eine grosse radiale Steifigkeit erhält, die für dessen Funktion vorteilhaft ist. Es versteht sich jedoch, dass unter Umständen der Stützring auch schmäler und in den Kolbenring eingepasst sein kann.In the embodiment shown in Figure 3, the support ring 5 has the same radial width as the piston ring 3. This ensures that the support ring is given a great radial rigidity, which is advantageous for its function is. It goes without saying, however, that the support ring may also be narrower and fitted into the piston ring can be.

Um jederzeit eine ausreichende Federung des Kolbenringes 3 und des Dichtungsringes 5 zu gewährleisten, können die Flächen 12, 13, 14, und/oder die mit diesen zusammenwirkenden Flächen des Stützringes 5 mit einer die Gleitreibung vermindernden Oberfläche, wie z.B. mit einer ChromschichtTo ensure sufficient suspension of the piston ring at all times 3 and the sealing ring 5, the surfaces 12, 13, 14, and / or those interacting with these can be used Areas of the support ring 5 with a surface that reduces sliding friction, such as a chrome layer

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oder einer Kupferschicht, versehen sein.or a copper layer.

In der Fig.6 ist eine Ausführung des Stützringes dargestellt, welcher nicht aus einem Stück mit einem einzigen Schlitz besteht, sondern aus drei Teilen. Die einzelnen Teile 40 des Stützringes sind durch Schlitze 41 voneinander getrennt. Die Schlitze sind um 120° gegeneinander versetzt und so angeordnet, dass sich keiner von ihnen über dem Schloss 4 des darunter befindlichen Kolbenringes 3 befindet. Die Teile 40 sind in ihrer Lage gegenüber dem Kolbenring 3 durch Stifte 42 gesichert. Die Stifte können z.B. gleich wie der Stift 21 in der Fig.4 ausgebildet sein.In Figure 6, an embodiment of the support ring is shown, which is not made of one piece with a single The slot consists of three parts. The individual parts 40 of the support ring are separated from one another by slots 41 separated. The slots are offset from one another by 120 ° and arranged so that none of them are above the lock 4 of the piston ring 3 below is located. The parts 40 are in their position with respect to the piston ring 3 secured by pins 42. The pins can, for example, be designed in the same way as pin 21 in FIG.

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BAD OKo=KM.BAD OKo = KM.

Claims

1. Piston of a Zv.'eitakt piston internal combustion engine with a one-piece gas-tight piston ring with gas-tight lock, characterized in that the Piston ring (3) on its side facing the combustion chamber of the machine with an outwardly directed shoulder (12) is provided on a slotted support channel provided with a correspondingly offset support surface (12a) (5) rests, the slot (20) opposite the derr. Sole <4) of the piston ring (3) is offset and which is dimensioned so that that it is supported together with the piston ring on the cylinder wall (8) during operation.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the shoulder is formed by a cylindrical surface (12} which are adjoined by flat surfaces (13, 1 '), the support ring also having a cylindrical surface (12a) provided with subsequent flat surfaces (13a, 1 * a) and the radial distance (A) of the cylindrical surfaces (12, 12a) from the outer surface of the piston ring (3) and the Support ring (5) is the same.

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3. Piston according to claim 2, characterized in that that the radial width CB) of the support ring is essentially the same as the radial width (B) of the piston ring.

4. Piston according to claim 1, characterized in that the piston ring (3) and the support ring (5) through a special organ (21) are secured against mutual rotation.

5. Piston according to claim 1, characterized in that the mutual contact surfaces (12, 13, 14) on at least one of the rings (3, 5) are provided with a layer which reduces the sliding friction. ,

6. Piston according to claim 1, characterized in that the support ring consists of several segments (40) which are individually secured against rotation with respect to the piston ring (3) by special organs (42).

7. Piston according to one of claims 1-6, characterized in that the piston ring (3) together with the Support ring (5) is arranged in a groove whose distance (M) from the upper edge (30) of the piston (1) is smaller than 15 $ of the diameter (D) of the piston.

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