DE19629331C1

DE19629331C1 - Brass ring for piston in cylinder of internal combustion engine and compressor

Info

Publication number: DE19629331C1
Application number: DE1996129331
Authority: DE
Inventors: Joachim Schmidt
Original assignee: Deutsche Bahn AG
Current assignee: SCHMIDT, JOACHIM, 03185 PEITZ, DE
Priority date: 1996-07-20
Filing date: 1996-07-20
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2016-07-21

Abstract

The ring on the piston (4) is arranged where possible in the vicinity of the uppermost piston ring for permanently acting solid material lubrication of the cylinder wall. The inclined points are distributed around the periphery of the ring and produce an unloading of gas forces and a radial force component, which leads to a slow rotary movement of the ring (1,2) and an even friction. The ring can be arranged together with a piston ring in a groove. It has a steel and/or cast-iron ring as inner support body.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ring für einen Kolben in einem Zylinder einer Hubkolbenmaschine, insbesondere Verbrennungsmotor und Verdichter, bestehend aus Messing.The invention relates to a ring for a piston in a cylinder Reciprocating engine, especially internal combustion engine and compressor, consisting of brass.

Aus der DD 2 48 760 A1 ist bekannt, daß zur besseren Gleit-, Einlauf- und Notlauffähigkeit auf geschlitzte Kolbenringe mit einer Vorrichtung durch Aufreibstifte Kupfer oder kupferhaltiges Material aufgetragen wird.From DD 2 48 760 A1 it is known that for better sliding, running and Runability on slotted piston rings with one device Brushes copper or copper-containing material is applied.

Der Nachteil besteht jedoch darin, daß die dünne aufgeriebene Schicht an der schmalen Fläche des Kolbenringes sehr schnell abgetragen wird und die Wirkung dann nicht mehr gegeben ist.The disadvantage, however, is that the thin, rubbed layer on the narrow area of the piston ring is removed very quickly and the effect then no longer exists.

Die DE-PS 8 14 683 beschreibt einen Kolbenring aus Sintermetall, an dessen äußerem Umfang dem Grundmetall zur Verbesserung der Gleiteigenschaften und des Verschleißwiderstandes Zusatzstoffe, wie z. B. Messing beigemischt werden.DE-PS 8 14 683 describes a piston ring made of sintered metal, on its outer circumference of the base metal to improve the sliding properties and the wear resistance additives such. B. Brass added will.

Aus der JP 62-173043 A ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kolbenringes aus Messing mit rechteckigem Querschnitt bekannt.JP 62-173043 A describes a method for producing a Piston ring made of brass with a rectangular cross section.

In beiden Fällen wird der Einsatz des Messings offenbar für die Grundfunktionen von Kolbenringen, der Gas- und Ölabdichtung ganz bzw. teilweise, herangezogen.In both cases, the use of brass is evident for the Basic functions of piston rings, the gas and oil seal entirely or partially, used.

Moderne Kolbenmaschinen müssen über lange Betriebszeiten die o.g. Funktionen sicher erfüllen. Deshalb werden die Ringe besonderen Behandlungen, wie z. B. Verchromen, Nitrieren, Laserhärten oder Beschichtungen unterzogen, um den Anpreßdrücken und langen Einsatzzeiten durch größere Oberflächenhärten oder feine Gefügestrukturen gerecht zu werden. Das relativ weiche Messing ist deshalb für diese Funktionen im allgemeinen nicht geeignet. Der Abrieb ist zu hoch und damit die Einsatzzeiten zu gering.Modern piston machines have to maintain the above Fulfill functions safely. That is why the rings are special Treatments such as B. chrome plating, nitriding, laser hardening or Coatings subjected to the contact pressures and long operating times due to greater surface hardness or fine structure will. The relatively soft brass is therefore for these functions in generally not suitable. The abrasion is too high and therefore the Operating times too short.

Ein gezielter Einsatz des Messings als Festschmierstoff mit Anpassung an die verschiedenen Laufphasen der Kolbenmaschinen ist nicht zu erkennen.A targeted use of brass as a solid lubricant with adaptation to The different running phases of the piston machines cannot be seen.

Im OT-Bereich des obersten Kolbenringes, vor allem bei Viertaktmotoren, tritt gegenüber dem unteren Bereich ein erhöhter bis zu 20facher Verschleiß im sog. Zwickel auf. Die Erklärungen dafür enthalten die Stribeck'schen Reibungs- und Verschleißuntersuchungen. Mit fallender Gleitgeschwindigkeit, bis zum Stillstand im OT des Kolbens und abnehmender Schmierfilmdicke - Schmierung des Kolbens erfolgt von unten über mehrere Kolbenringe bis zum obersten abnehmend, oben z. T. Verbrennung des Schmierfilmes bei Arbeitstakt, Einwirkung von Korrosion durch Kraftstoffbestandteile, wie Schwefel und Kondensate, insbesondere in den Kaltbetriebszuständen durch unvollständige Verbrennung usw. - geht die Flüssigkeitsreibung in die Mischreibung über und endet schließlich in der Festkörperreibung im Umkehrpunkt des Kolbens.In the TDC area of the top piston ring, especially in four-stroke engines compared to the lower area, increased wear of up to 20 times so-called gusset. Stribeck's explanations for this are included Friction and wear investigations. With falling sliding speed, to a standstill in the TDC of the piston and decreasing lubricating film thickness - The piston is lubricated from below using several piston rings top decreasing, top z. T. combustion of the lubricating film at the work cycle, Exposure to corrosion from fuel components such as sulfur and Condensates, especially in the cold operating states due to incomplete Combustion etc. - the fluid friction changes into the mixed friction and finally ends in solid friction at the turning point of the piston.

Parallel dazu nimmt die Reibungszahl µ immens zu und der Verschleißwiderstand sehr stark ab.At the same time, the coefficient of friction µ increases immensely and the wear resistance very strongly.

Der sog. Zwickelverschleiß ist ein entscheidendes Kriterium für die Einsatzdauer des Systems Zylinderlaufbuchse - Kolbenring - Kolben und damit für den gesamten Motor.The so-called gusset wear is a decisive criterion for the Service life of the system cylinder liner - piston ring - piston and thus for the entire engine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Verschleißwiderstand der Zylinderwand in dem kritischen Bereich des OT des Kolbens zu verbessern.The invention is based, the wear resistance of the task Improve cylinder wall in the critical area of TDC of the piston.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by the features of the characterizing part of claim 1.

Ein Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 1-3 dargestellt.An embodiment is shown in Figs. 1-3.

Durch den Abrieb des Opfer-Messing-Ringes 1, 2 als Festschmierstoff wird der Verschleißwiderstand erheblich erhöht. Eine Feder 3 zur Regulierung der Spannkraft drückt den Opfer-Messing-Ring 1, 2 an die Zylinderwand 5. Der Opfer-Messing-Ring 1 nach Fig. 1 ist vom Querschnitt her betrachtet mit einer keilförmigen und der Opfer-Messing-Ring 2 nach Fig. 2 mit mehreren keilförmigen Spitzen ausgestattet.The wear resistance is considerably increased by the abrasion of the sacrificial brass ring 1 , 2 as a solid lubricant. A spring 3 for regulating the clamping force presses the sacrificial brass ring 1 , 2 against the cylinder wall 5 . The cross section of the sacrificial brass ring 1 according to FIG. 1 is equipped with a wedge-shaped and the sacrificial brass ring 2 according to FIG. 2 with several wedge-shaped tips.

Dadurch wird die Flächenpressung im Kontaktbereich des Opfer-Messing-Ringes 1, 2 zur Zylinderwand 5 stark erhöht und an der relativ rauhen Oberfläche der Zylinderwand 5 findet ein intensiver Abtrag und Einrieb des relativ weichen Messings als Festschmierstoff statt, so daß vor allem die kritische Einlaufphase besser abgesichert wird. Mit zunehmendem Verschleiß des Opfer-Messing-Ringes 1, 2 wird die Kontaktfläche zur Zylinderwand 5 größer, die Flächenpressung nimmt ab und der Opfer-Messing-Ring 1, 2 wird weiter ausgedehnt. Mit der Vergrößerung seines Innendurchmessers nimmt die Spannkraft der Feder 3 ab, wodurch die Flächenpressung weiterhin reduziert wird und der Opfer-Messing-Ring 1, 2 geht in die Langzeitbetriebsphase über.As a result, the surface pressure in the contact area of the sacrificial brass ring 1 , 2 to the cylinder wall 5 is greatly increased and on the relatively rough surface of the cylinder wall 5 there is intensive removal and rubbing in of the relatively soft brass as solid lubricant, so that above all the critical running-in phase is better secured. With increasing wear of the sacrificial brass ring 1 , 2 , the contact area to the cylinder wall 5 increases, the surface pressure decreases and the sacrificial brass ring 1 , 2 is further expanded. As the inside diameter increases, the tension of the spring 3 decreases, which further reduces the surface pressure and the sacrificial brass ring 1 , 2 goes into the long-term operating phase.

Auf diese Weise erfolgt eine automatische Anpassung der Feststoffschmierung mit Einreibeffekt zum tribologischen System Zylinderlaufbuchse - Kolbenring - Kolben, vor allem während der Einlauf- und Langlaufphase.In this way, the solid lubrication is automatically adjusted with friction effect to the tribological system cylinder liner - piston ring - Pistons, especially during the running-in and cross-country phases.

Der Ring 1, 2 soll primär keine konventionellen Funktionen wie Gasabdichtung oder Ölabstreifung übernehmen.The ring 1 , 2 is primarily not intended to perform conventional functions such as gas sealing or oil wiping.

Aus diesem Grund wird er nach Fig. 3 mit Schrägschlitzen 6 versehen, die einen Gasdurchtritt ermöglichen, ihn von den Gaskräften weitgehend entlasten, aber eine radiale Kraftkomponente bewirken, so daß eine sehr langsame Drehbewegung möglich wird, die einen gleichmäßigen Abrieb zuläßt.For this reason, it is provided according to FIG. 3 with oblique slots 6 , which allow gas to pass through, largely relieve it of the gas forces, but bring about a radial force component, so that a very slow rotary movement is possible, which allows uniform abrasion.

Claims

1. Ring for a piston in a cylinder of a reciprocating piston machine, in particular internal combustion engine and compressor, consisting of brass, characterized in that the ring ( 1 , 2 ) has one or more wedge-shaped tips in cross section, which by means of the tensioning force of a spring ( 3rd ) are pressed against the wall of the cylinder, and that the ring on the piston ( 4 ) is arranged as close as possible to the top piston ring as a permanently acting sacrificial brass ring for solid lubrication of the cylinder wall.

2. Ring for a piston according to claim 1, characterized in that oblique slots ( 6 ) are arranged distributed around the circumference, which relieve the gas forces and generate a radial force component which leads to a slow rotational movement of the ring ( 1 ), ( 2 ) and thus leads to uniform abrasion.

3. Ring for a piston according to claim 1 or 2, characterized in that the ring ( 1 , 2 ) is arranged together with a piston ring in a groove.

4. Ring for a piston according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the ring is a steel and / or cast iron ring as Has inner support body.