DE1942133B2

DE1942133B2 - Kolben-Kolbenring-Anordnung für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE1942133B2
Application number: DE1942133A
Authority: DE
Inventors: Robert William Richmond Ind. Heid Jun. (V.St.A.)
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1968-08-19
Filing date: 1969-08-19
Publication date: 1974-11-14
Also published as: FR2015917A1; JPS4840602B1; SE352404B; DE1942133A1; GB1232527A; US3554568A

Description

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Kolbenringes mit der Zylinder-Innenwand und der Schrägfläche 32 dieselbe Neigung wie die zugeordnete Ringnut erreicht wobei diese Berührung auch bei Seitenwand 24 der Ringnut 16 hat Weiterhin weist hohen Drehzahlen aufrechterhalten wird, so daß ein der Kolbenring 22 eine Bodenfläche 31, eine innere Flattern des Kolbenrings nicht auftritt. Dies ist er- Kolbenring-Umfangsfläche 33 und eine äußere KoI-findungsgemäß dadurch möglich, daß die axiale s benring-Umfangsfläche 38 auf, die auf noch zu beLänge des hinterdrehten Flankenabschnittes erheb- schreibende Weise abgeschrägt ausgebildet ist
lieh kiemer ist als der Abstand seiner Mantelfläche Gemäß F i g. 2 sind die Ringnut 16 und der KoI-von der Zylinder-Innenwand. Dadurch weist der benring 22 so bemessen, daß bei der Betriebslage des Raum, der auf der inneren Rückseite des Kolben- Kolbenrings 22, wenn er auf der untereD Seitenwand rings zwischen der Mantelfläche des Kolbenendes io 26 der Ringnut 16 aufliegt und mit der Zylinderin- und der Zylinder-Innenwand gebildet wird, einen nenwand 20 in Umfangsberührung steht zwischen im Verhältnis zu seiner Länge großen Querschnitt der Seitenwand 24 der Ringnut 16 und der Schrägauf, so daß sich die Verbrennung in diesem Raum fläche 32 des Kolbenringes 22 ein Spalt 34 besteht ausbreiten kann, da keine die Verbrennung verhin- der mit einer durch den Boden 30 der Ringnut 16 dernde Abkühlung oder Drosselung der Gase auf- 15 und die innere Kolbenring-Umfangsfläche 33 festgetritt. Der \ crbrennungsdruck beaufschlagt daher un- legten Tasche 28 in Verbindung steht Der Boden 30 mittelbar den Kolbenring auf einer großen Fläche. und die innere Kolbenring-Umfangsfläche 33 sind so Der Kolbenring wird durch den Vjrbrennungsdruck bemessen, daß die Tasche 28 jederzeit vorhanden ist, unmittelbar gegen die Zylinderwand und gegen die und zwar auch dann, wenn sich der Kolbenring 22 in Ringnut gepreßt und nicht zeitlich verzögert und ab- 20 seine am weitesten einwärts gelegene Stellung vergeschwächt durch die von der Verbrennung erzeugte schiebt.

Druckwelle. Der Kolbenring wird daher nicht nur Der zwischen dem Kolbenboden 12 und der Ringstärker angepreßt als es bisher möglich war, sondern nut 16 festgelegte Flankenabschnitt 19 des Kolbens dieses Anpressen geschieht auch völlig gleichzeitig mit 15 weist gegenüber dem Kolbenschaft einen kleineren der Verbrennung, so daß auch bei hohen Drehzahlen 25 Durchmesser auf, se daß er einen Teil des Kolbendie Abdichtwirkung nicht verringert wird und em rings 22 im Bereich seiner Schrägfläche 32 freilegt. Flattern des Kolbenringes nicht auftritt. Der bevorzugte Einschlußwinkel zwischen der Seiten-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der wand 24 und der Schrägfläche 32 einerseits und der

Zeichnung dargestellt und im folgenden näher er- unteren Seitenwand 26 und der Bodenfläche 31 von

läutert. Es zeigt ₃₀ Ringnut 16 bzw. Kolbenring 22 beträgt etwa 30°.

F i g. 1 eine Seitenansicht einer Kolben-Kolben- Der Durchmesser des Flankenabschnitts 19 ist so viel

ring-Anordnung mit den Merkmalen der Erfindung kleiner, daß seine axiale Länge erheblich kleiner ist

im in den Zylinder einer Zweitakt-Brennkraftma- als der Abstand seiner Mantelfläche 14 und der Zy-

schine eingebauten Zustand, linder-Innenwand 20, wodurch gewährleistet wird,

F i g. 2 einen Teilschnitt der erfindungsgemäßen 35 daß die Breite des zwischen dem Kolben 15, dem

Kolben-Kolbenring-Anordnung in Betriebslage ge- Kolbenring 22 und dem Zylinder 18 gebildeten Ring-

genüber einer Zylinderwand in vergrößerter Darstel- spalts 36 größer ist als dessen Tiefe,

lung. _ Die äußere Umfangsfläche 38 des Kolbenrings 22

Ein Kolben 15 mit einem Kolbenring 22 ist in ist in Axialrichtung abwärts, d. h. in Richtung vom einen Zylinder 18 einer herkömmlichen, nicht darge- 40 Kolben-Boden 12 fort, wie an sich bekannt, einwärts stellten Zweitakt-Brennkraftmaschine eingebaut. Mit abgeschrägt, so daß an einer Linie 40 mit der Zylin-Ausnahme der Ringnut 16 und des noch zu be- der-Innenwand 20 eine Linienberührung hergestellt schreibenden Flankenabschnitts 19 ist der erfmdungs- wird. Der bevorzugte Neigungswinkel der Kegelgemäße Kolben 15 herkömmlich ausgebildet und fläche beträgt etwa 1°.

weist einen Mantelabschnitt 13 sowie einen Kolben- 45 Im folgenden ist die Arbeitsweise der bevorzugten

boden 12 aui, welcher dem nicht dargestellten Brenn- Ausführungsform der Erfmuung näher erläutert. Der

raum der Zweitakt-Brennkraftmaschine zugewandt Kolbenring 22 ruht im allgemeinen auf der unteren

ist. Weiterhin weist der Kolben 15 eine Bohrung 17 Seitenwand 26 der Ringnut 16 unter Herstellung

zur Aufnahme eines Kolbenbolzens 11 auf, welcher einer Abdichtung mit dieser und spreizt sich, so daß

den Kolben 15 mit einem Pleuel 9 verbindet. 50 er in Abdichtberührung mit der Zylinder-Innenwand

Der Kolben 15 weist eine Ringnut 16 zur Auf- 20 gelangt. Die längs des Spalts 34 und über die

nähme des Kolbenrings 22 auf, deren obere, dem Tasche 28 auf den Kolbenring 22 einwirkenden Ver-

Kolbenboden benachbarte Seitenwand 24 vom KoI- brennungsgase üben auf den Kolbenring 22 radial

benboden weg nach innen abgeschrägt ist und am Bo- auswärts und axial abwärts gerichtete Kräfte aus.

den 30 der Ringnut 16 endet. Die untere Seitenwand 55 Wenn der Kolbenring 22 infolge von Trägheitskräften

26 der Ringnut 16 verläuft im wesentlichen senk- von seinem Sitz abgehoben wird, ist stets ein zwi-

recht zur Kolbenachse und vom im allgemeinen ge- sehen der Mantelfläche 14 und der Zylinder-Innen-

krümmten Boden 30 aus in Radialrichtung auswärts. wand 20 liegender Abschnitt des Kolbenrings 22 den

Der Kolbenring 22 ist aus herkömmlichem KoI- Verbrennungsgasen ausgesetzt, welche weiterhin eine benring-Material, wie Grauguß, hergestellt und weist 60 iadial auswärts und axial abwärts gerichtete Kraft auf herkömmliche Weise einen nicht dargestellten ausüben und hierdurch ein Flattern des Kolbenrings Spalt auf. Der Kolbenring 22 federt, so daß er im 22 vermindern oder sogar ausschalten. Da die Breite Zylinder in seine Betriebsstellung zusammengedrückt des Ringspalts 36 so groß wie oder größer als seine auf die Zylinderinnenwand 20 eine radial nach Tiefe ist, erreicht die Flammenfront das in diesem außen gerichtete Kraft ausübt. Der Kolbenring 22 65 Bereich befindliche Verbrennungsgas, wodurch unweist im wesentlichen dreieckigen Querschnitt auf, erwünschte Abgasbestandteile reduziert werden. Die jedoch mit der Ausnahme, daß seine innere und durch die schräge Seitenwand 24 und die Schrägseine obere Ecke abgeschnitten sind, wobei seine fläche 32 festeeiente

der erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenring-Anordnung Selbstreinigungseigenschaften. Während der Kolbenring 22 an der Zylinder-Innenwand 20 anliegt, kann sich der Kolben 15 infolge der zwangläufig vorhandenen Toleranzen zwischen ihm und der Zylinder-Innenwand 20 in begrenztem Ausmaß seitlich verschieben. Durch diese begrenzte Querbewegung des Kolbens 15 entsteht eine seitliche Relativbewegunj zwischen der Schrägfläche 32 des Kolbenrings 22 unc der schrägen Seitenwand 24 der Ringnut 16, so dal Kohleablagerungen zwischen dem Kolbenring 22 unc der Ringnut 16 vermindert werden und ein Festkle ben bzw. Hängen des Kolbenrings 22 in der Ringnu 16 verhindert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

•ν

gleichen Höhe wie der Kolbenboden Hegt, damit die

Patentanspruch: durch diese Steuerschlitze ein- und austretenden_jGase

unmittelbar in die von Kolbenboden und Zylinder

Kolben-Kolbenring-Anordnung für eine Zwei- gebüdete Brennkammer eintreten bzw. aus dieser austakt-Brennkraftmaschine mit einer am Kolben- 5 treten können, ohne durch einen engen 5>palt zwiumfang ausgebildeten Ringnut, deren dem KoI- sehen Kolbenmantelfläche und Zylinder-Innenwand benboden benachbarte Seitenwand vom Kolben- gedrosselt zu werden. Dei der Kolben-Kolöenruigboden weg nach innen abgeschrägt ist, während Anordnung nach der USA.-Patentscnntt ι Sbz y»3 das Kolbenende zwischen der Ringnut und dem befindet sich der hinterorehte Flankenabschnitt mit Kolbenboden einen binterdrehten Flankenab- io einer verhältnismäßig großen axialen Lange und schnitt aufweist, und mit einem Kolbenring, des- einem geringen Abstand semer ManteüLache von der sen Querschnittsform komplementär zu der der Zylinder-Innenwand zwischen dem Kolbenboden und Ringnut ist, jedoch eine geringere axiale Breite der Abdichtungssielle des Kolbenringes. Die genannals die Ringnut aufweist, dadurch gekenn- ten Bedingungen für eine einwandfreie Steuerung zeichnet, daß die axiab Länge des Ranken- i₅ einer Zweitaktbrennkraftmaschine sind daher bei .abschnittes (19) erheblich kleiner ist als der Ab- dieser bekannten Anordnung nicht erfüllt,
stand seiner Mantelfläche (14) von der Zylinder- Aus der USA-Patentschrift 2715 555 und ins-

Innenwand (20), daß der Kolbenring (22) sich in besondere der USA.-Patentschnft 2 652 298 sind feraxialer Richtung über die Ringnut (16) hinaus er- ner Kolben-Kolbenring-Anordnungen bekannt, bei streckt und daß die äußere Kolbenring-Umfangs- ao denen die äußere Kolbenringumfangsflache als in fläche (38), wie an sich bekannt, als in Axialrich- Axialrichtung vom Kolbenboden weg und nach innen tung vom Kolbenboden (12) weg und nach innen geneigte Konusfläche ausgebildet ist. Dadurch wird geneigte Kegelfläche ausgebildet ist. die Abdichtung zwischen Kolbenring und Zylinder-

Innenwand, die für die Steuerung der Schlitze bei as einer Zweitakt-Brennkraftmaschine verantwortlich ist, an die obere Kante des Kolbenrings gelegt. Da-

durch ist zwar eine genauere Steuerung des öffnens

und Schließens der Steuerschlitze möglich, es wird aber auch hier nicht erreicht, daß die Steuerschlitze

Die Erfindung betrifft eine Kolben-Kolbenring-An- 30 beim öffnen unmittelbar in den Verbrennungsraum Ordnung für eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit oberhalb des Kolbenbodens münden,
einer am Kolbenumfang ausgebildeten Ringnut, deren Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine

dem Kolbenboden benachbarte Seitenwand vom Kolben-Kolbenring-Anordnung zu schaffen, die eine Kolbenboden weg nach innen abgeschrägt ist, wäh- genaue Steuerung einer Zweitakt-Brennkraftmaschine rend das Kolbenende zwischen der Ringnut und dem 35 dadurch ermöglicht, daß die Abdichtung zwischen Kolbenboden einen hinterdrehten Flankenabschnitt Kolbenring und Zylinder-Innenwand fast auf der aufweist, und mit einem Kolbenring, dessen Quer- gleichen Höhe wie der Kolbenboden liegt, und die schnittsform komplementär zu der der Ringnut ist, eine einwandfreie Berührung des Kolbenringes sojedoch eine geringere axiale Breite als die Ringnut wohl mit der Zylinder-Innenwand als auch mit der aufweist. 40 Ringnut auch bei hohen Drehzahlen der Brennkraft-

Eine solche Kolben-Kolbenring-Anordnung ist aus maschine aufrechterhalten kann,
der USA.-Patentschrift 1 862 983 bekannt. Bei dieser Diese Aufgabe wird bei einer Kolben-Kolbenringbekannten Anordnung wird das Anpressen des KoI- Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsbenrings gegen die Zylinder-Innenwand dadurch gemäß dadurch gelöst, daß die axiale Länge des unterstützt, daß der Druck def Verbrennungsgase 45 Flankenabschnittes erheblich kleiner ist als der Absich aus der Brennkammer der Brennkraftmaschine stand seiner Mantelfläche von der Zylinder-Innenzwischen der Zylinder-Innenwand und der Mantel- wand, daß <:W Kolbenring sich in axialer Richtung fläche des hinterdrehten Flankenabschnitts des KoI- über die E ■ hinaus erstreckt und daß die äußere bens in einen Raum zwischen.der Rückseite des KoI- Kolben.in·. ·. Bogsfläche, wie an sich bekannt, als benrings und dem Grund der Ringnut ausbreiten 50 in Axiai ' . ?: vom Kolbenboden weg und nach kann und den Kolbenring auf seiner Rückseite beauf- innen geneig^;.. Λ-egelfläche ausgebildet ist.
schlagt. Die durch die Verbrennung des Brennstoffes Da erfindungsgemäß der Kolbenring sich in axia-

erzeugte Druckwelle pflanzt sich jedoch durch die- ler Richtung über die Ringnut hinaus erstreckt und sen verhältnismäßig engen Kanal nur unter Abschwä- die äußere Kolbenring-Unifangsfläche in der angechung durch die Drosselung und unter einer zeit- 55 gebenen Weise als Kegelfläche ausgebildet ist, kommt liehen Verzögerung fort, so daß einerseits die an- die mit der Zylinder-Innenwand in Berührung stepressende Kraft verringert wird und andererseits mit hende abdichtende Kante des Kolbenrings fast auf einer zeitlichen Verzögerung gegenüber der Ver- die gleiche Höhe wie der Kolbenboden, so daß ein gebrennung und der Kolbenbewegung eintritt. Dies hat naues öffnen und Schließen der Steuerschlitze mögzur Folge, daß bei hohen Drehzahlen der Brenn- 60 Hch ist. Auf diese Weise wird eine Drosselung der kraftmaschine die Berührung des Kolbenringes mit Gase beim Eintritt in den Verbrennungsraum des der Zylinderwand und der Kolbenringnut schlechter Zylinders und beim Austritt aus diesem Verbrenwird und ein Flattern des Kolbenringes auftreten nungsraum vermieden, was zu einer Leistungssteigekann. rung der Zweitakt-Brennkraftmaschine um etwa 10 °/o

Um ein genaues Öffnen und Schließen der Steuer- 65 führt. Obwohl der Kolbenring über die Ringnut hinschlitze von Zweitakt-Brennkraftmaschinen zu er- aus verläuft und an seiner abdichtenden Kante also reichen, ist es erforderlich, daß die abdichtende nicht mehr durch die Ringnut abgestützt wird, wird Kante des obersten Kolbenringes möglichst auf der erfindungsgemäß eine verbesserte Berührung des