DE19855368C1 - Piston for internal combustion engine, particularly diesel engine, has gudgeon pin located in two holes connected to connecting rod and trough formed above each gudgeon pin hole in upper inner walls of piston inner space - Google Patents

Piston for internal combustion engine, particularly diesel engine, has gudgeon pin located in two holes connected to connecting rod and trough formed above each gudgeon pin hole in upper inner walls of piston inner space

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DE19855368C1 DE1998155368 DE19855368A DE19855368C1 DE 19855368 C1 DE19855368 C1 DE 19855368C1 DE 1998155368 DE1998155368 DE 1998155368 DE 19855368 A DE19855368 A DE 19855368A DE 19855368 C1 DE19855368 C1 DE 19855368C1
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Abstract

Particularly for a diesel engine, the piston (1) has its gudgeon pin (6) fitted in two holes and coupled to a connecting rod. A trough (4) is formed above each gudgeon pin hole (5) in the upper inner walls of the piston inner space (7). The troughs are provided with ball radii (R1,R2), the central points of which are located in planes crossways to the gudgeon pin axis and one above the other in the piston stroke direction. The central points of the ball radii are also located in planes through the gudgeon pin axis lines forming an angle (alpha), which is produced approximately by the end positions of the pivot movement of the connecting rod.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston for an internal combustion engine, in particular a diesel engine, according to the preamble of claim 1.

Aus der gattungsbildenden DE 32 43 882 A1 sind Kolben mit Entlastungsschlitzen und Ausnehmungen zur Gewichtsreduzierung bekannt geworden, die sowohl eine gute Wärmeleitfähigkeit zum Ableiten der Wärme vom Kolbenboden aufweisen und so elastisch sind, daß keine Spannungskonzentrationen auftreten.Pistons with relief slots are known from the generic DE 32 43 882 A1 and recesses for weight loss have become known, both a have good thermal conductivity to dissipate heat from the piston crown and are so elastic that there are no stress concentrations.

Die Erfindung geht von einem Kolben aus, der über einen Kolbenbolzen mit einer Treibstange gekoppelt ist, welche die eingeleitete Kraft auf eine Kurbelwelle überträgt. Es ist bekannt, daß sich der Kolbenbolzen unter der Last des Zünddrucks durchbiegt und in der Kolbenbolzenbohrung hohe Flächenpressungen verursacht. Aufgrund der Werkstoffwerte sind die maximal zulässigen Flächenpressungen vorgegeben und deshalb nur begrenzte Zünddrücke möglich.The invention is based on a piston that has a piston pin with a Coupling rod is coupled, which the force applied to a crankshaft transmits. It is known that the piston pin under the load of the Ignition pressure deflects and high in the piston pin bore Surface pressures caused. Because of the material values they are maximum permissible surface pressures are given and therefore only limited Ignition pressures possible.

Um zur Leistungssteigerung des Motors oder zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs den Zünddruck erhöhen zu können, müssen die Kolben aus einem jeweils widerstandsfähigeren Werkstoff hergestellt werden, der gleichzeitig auch teurer ist.To increase the performance of the engine or to reduce the To increase the ignition pressure, the pistons must be off a more resistant material that is made at the same time is also more expensive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Kolben zu gestalten, der höheren Belastungen standhält, ohne dafür widerstandsfähigere teurere Werkstoffe einzusetzen.The invention has for its object to design a piston, the higher Withstands loads without using more resistant, expensive materials to use.

Die Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Kolben mit den Merkmalen des Kennzeichenteils des Anspruchs 1 gelöst. Oberhalb der Stellen, wo kritische Belastungen auftreten, werden damit durch definierte Ausmuldungen des Kolbeninnnenraums der Verlauf und die Höhe der auftretenden Flächenpressungen gezielt beeinflußt. The task is in a generic piston with the features of Characteristic part of claim 1 solved. Above where critical Loads occur, are thus defined by clearing out the Piston interior the course and the height of the occurring Surface pressures specifically influenced.  

Bei Verwendung erfindungsgemäßer Kolben kann der Zünddruck von Motoren erhöht werden, ohne teurere Werkstoffe für die Kolben einzusetzen. Dadurch kann der Kraftstoffverbrauch reduziert werden oder die Leistung eines Motors bei gleichbleibendem Kraftstoffverbrauch gesteigert werden.When using pistons according to the invention, the ignition pressure of engines can be increased without using more expensive materials for the pistons. Thereby can reduce fuel consumption or the performance of an engine constant fuel consumption can be increased.

Durch die Erfindung werden die Werkstoffeigenschaften intensiver ausgenutzt, ohne die maximal zulässigen Werte zu überschreiten.The material properties are used more intensively by the invention, without exceeding the maximum permissible values.

Die einwirkende Belastung wird bei Ausnutzung der maximal zulässigen Flächenpressung günstiger über die Länge der Kolbenbolzenbohrung verteilt, wodurch sich der Kolbenbolzen trotz erhöhter Kraftaufnahme bei jedem Arbeitshub auf seinem Sitz weiterdreht und wodurch sich der Verschleiß auf die gesamte Mantelfläche des Kolbenbolzens verteilt.The load acting is the maximum permissible Surface pressure distributed more favorably over the length of the piston pin bore, which causes the piston pin to move in spite of increased force absorption Working stroke continues on its seat and thereby the wear on the distributed over the entire circumferential surface of the piston pin.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung stützt sich der Kolben auf einem breiteren Bereich der Mantelfläche des Kolbenbolzens ab. Durch die dabei ausgeübte niedrigere Flächenpressung tritt zwischen der Kolbenbolzenbohrung und dem Kolbenbolzen verschleißgünstige Mischreibung auf.The configuration according to the invention supports the piston on a wider area of the outer surface of the piston pin. By doing it Exerted lower surface pressure occurs between the piston pin bore and the piston pin wear-resistant mixed friction.

Durch die gezielte Umlenkung der Werkstoffspannungen, wird die zwischen der Kolbenbolzenbohrung und dem Kolbenbolzen übertragenen Kraft auf einer umfangsseitig größeren Mantelfläche des Kolbenbolzens abgestützt, wodurch niedrigere Flächenpressungen wirken. Durch diesen Effekt kann der Zünddruck gesteigert werden, ohne die Spitzenbelastungen zu erhöhen und ohne die Bedingungen für Mischreibung zu verletzen.Through the targeted redirection of the material tensions, the between the Piston pin bore and the piston pin transmitted force on one supported larger circumferential surface of the piston pin, whereby lower surface pressures work. Due to this effect, the ignition pressure can be increased without increasing the peak loads and without the Violating conditions for mixed friction.

Erfindungsgemäß ausgeführte Kolben, deren Unterteile aus Aluminium-Silizium- Legierungen gefertigt sind, können Zünddrücke von über 170 bar ertragen. Vorteilhafterweise kann dadurch bei dieser Zünddruckhöhe noch auf den Einsatz von teureren Sphärogußteilen verzichtet werden.Pistons designed according to the invention, the lower parts of which are made of aluminum-silicon Alloys are made, can withstand ignition pressures of over 170 bar. Advantageously, this can still be used at this ignition pressure level expensive nodular cast iron parts can be dispensed with.

Die erfindungsgemäßen Ausmuldungen können auch an bereits fertigen Kolbenunterteilen angebracht werden, da die Gefahr von Verformungen, die aus freigewordenen Eigenspannungen resultieren, bei Aluminium-Silizium- Legierungen gering ist. The troughs according to the invention can also be produced on Piston lower parts are attached because of the risk of deformation resulting from released internal stresses result in aluminum-silicon Alloys is low.  

Weiterhin kann bei erfindungsgemäßen Kolben auf eine kegelförmige Ausdrehung der Kolbenbolzenbohrung im Kolbeninneren, wo der Kolbenbolzen in das Pleuelauge mündet, verzichtet werden.Furthermore, in the case of pistons according to the invention, a conical rotation can take place the piston pin bore inside the piston where the piston pin goes into the Conrod eye opens, to be dispensed with.

Fig. 1 Schnittdarstellung eines gebauten Kolbens Fig. 1 sectional view of a built piston

Fig. 2 Teilansicht von Schnitt A-A aus Fig. 1 FIG. 2 partial view of section AA from FIG. 1

Fig. 3a) Spannungsverlauf im Ausschnitt X aus Fig. 1 ohne Ausmuldungen Fig. 3a) voltage profile in section X of Fig. 1 without hollowing

Fig. 3b) Spannungsverlauf im Ausschnitt X aus Fig. 1 mit Ausmuldungen FIG. 3b) voltage profile in section X of Fig. 1 with hollowing

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines gebauten Kolbens (1) dargestellt. Dieser besteht aus der Kolbenkrone (2) und einem Kolbenunterteil (3), in welches eine Kolbenbolzenbohrung (5) mit einem Bohrungsdurchmesser ∅D eingebracht ist. In dieser Kolbenbolzenbohrung (5) befindet sich zur Kraftübertragung ein Kolbenbolzen (6). Oberhalb der Kolbenbolzenbohrung (5) sind im Kolbeninnenraum (7) in den oberen Kolbeninnenwänden (8) Ausmuldungen (4) eingearbeitet, die sich seitlich der Schwenkebene der Pleuelstange erstrecken. Die räumliche Erstreckung der Ausmuldungen (4) sind durch Teil- Kugelmantelflächen begrenzt (s. Fig. 2). Die Kugelradien R1 und R2 sind jeweils in den Kugelmittelpunkten MR1 und MR2 zentriert, deren seitliche Lagen durch die Maße a, b, c, d festgelegt sind.In Fig. 1, a longitudinal section of a built piston ( 1 ) is shown. This consists of the piston crown ( 2 ) and a lower piston part ( 3 ), into which a piston pin bore ( 5 ) with a bore diameter ∅D is made. A piston pin ( 6 ) is located in this piston pin bore ( 5 ) for power transmission. Troughs ( 4 ) are incorporated in the piston interior ( 7 ) in the upper piston inner walls ( 8 ) above the piston pin bore ( 5 ) and extend laterally to the pivoting plane of the connecting rod. The spatial extent of the troughs ( 4 ) are limited by partial spherical surface areas (see FIG. 2). The spherical radii R1 and R2 are centered in the spherical centers MR1 and MR2, whose lateral positions are determined by the dimensions a, b, c, d.

Die Lagen der Kugelmittelpunkte MR1 und MR2 aus der Sicht der Schwenkebene der Pleuelstange gehen aus der Fig. 2 hervor. Dargestellt ist die Anordnung der jeweiligen Kugelmittelpunkte MR1 und MR2 auf zwei, sich in der Achse der Kolbenbolzenbohrung (5) kreuzenden, Linien, die einen Winkel alpha einschließen. Die Weite dieser Spreizung um den Winkel alpha ist abhängig vom Schwenkwinkel der Pleuelstange und der Flucht, der von ihr übertragenen Längskraft.The positions of the ball centers MR1 and MR2 from the perspective of the pivoting plane of the connecting rod are shown in FIG. 2. The arrangement of the respective ball center points MR1 and MR2 is shown on two lines which intersect in the axis of the piston pin bore ( 5 ) and enclose an angle alpha. The width of this spread by the angle alpha depends on the swivel angle of the connecting rod and the flight, the longitudinal force transmitted by it.

In Fig. 3 sind die Spannungsverläufe (9, 10) an der kritische Position nach Ausschnitt X aus Fig. 1 dargestellt. In Fig. 3 the voltage profiles (9, 10) at the critical position shown by section X in FIG. 1.

Fig. 3a zeigt einen Kolben ohne die erfindungsgemäßen Ausmuldungen. Bedeutsam ist dabei der hohe Anstieg des Spannungsverlaufs (9) an der Übergangsstelle des Kolbenbolzens (6) von der Pleuelstange in den Kolben, der bereits die maximal zulässigen Werkstoffspannungen erreicht. Weniger wichtig ist das schnelle Abfallen sowie der niedrigere Verlauf in Richtung Kolbenhemd. Fig. 3a shows a piston according to the invention without hollowing. Significant here is the high increase in the stress curve ( 9 ) at the transition point of the piston pin ( 6 ) from the connecting rod into the piston, which already reaches the maximum permissible material stresses. What is less important is the rapid falling off and the lower course towards the piston shirt.

Fig. 3b zeigt unter der gleichen Belastung einen Kolben, der mit den Ausmuldungen (4) versehen ist. Die Spannung (10) verläuft verhältnismäßig gleichmäßig auf niedrigerem Niveau und weist keine wesentlichen Spitzenspannungen auf. Der Werkstoff weist bei dieser konstruktiven Ausführung noch Reserven gegenüber den maximal zulässigen Werkstoffspannungen auf, so daß das Kolbenunterteil (3) auch den Belastungen höherer Zünddrücke standhält. Fig. 3b shows a piston under the same load, which is provided with the recesses ( 4 ). The voltage ( 10 ) runs relatively evenly at a lower level and has no significant peak voltages. In this design, the material still has reserves compared to the maximum permissible material stresses, so that the lower piston part ( 3 ) also withstands the loads of higher ignition pressures.

BezugszeichenlisteReference list

11

Gebauter Kolben
Built piston

22nd

Kolbenkrone
Piston crown

33rd

Kolbenunterteil
Piston lower part

44th

Ausmuldung
Exhaustion

55

Kolbenbolzenbohrung
Piston pin bore

66

Kolbenbolzen
Piston pin

77

Kolbeninnenraum
Piston interior

88th

Obere Kolbeninnenwand
Upper piston inner wall

99

Spannungsverlauf
Voltage curve

1010th

Spannungsverlauf
a Vertikaler Abstand zur Kolbenbolzenbohrung
b Vertikaler Abstand Zwischen RVoltage curve
a Vertical distance to the piston pin bore
b Vertical distance between R

11

und Rand R

22nd

c Horizontale Bemaßung von Rc Horizontal dimensioning of R

11

d Horizontale Bemaßung von Rd Horizontal dimensioning of R

22nd

R1 Kugelradius R1 ball radius

11

R2 Kugelradius R2 sphere radius

22nd

∅D Kolbenbolzendurchmesser
alpha Spreizungswinkel zwischen Kugelradien ∅D piston pin diameter
alpha spread angle between spherical radii

11

und and

22nd

MR1 Mittelpunkt für Kugelradius MR1 center point for sphere radius

11

MR2 Mittelpunkt für Kugelradius MR2 center point for sphere radius

22nd

Claims (2)

1. Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einen Dieselmotor, der über einen in zwei Bohrungen gelagerten Kolbenbolzen mit einer Pleuelstange gekoppelt ist und oberhalb jeder Kolbenbolzenbohrung (5) in den oberen Kolbeninnenwänden (8), des Kolbeninnenraumes (7) jeweils eine Ausmuldung (4) angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausmuldungen (4) mit Kugelradien (R1, R2) versehen sind, deren Mittelpunkte (MR1, MR2) in Ebenen quer zur Kolbenbolzenachse in Kolbenhubrichtung übereinander und in Ebenen durch die Kolbenbolzenachse auf Linien liegen, die miteinander einen Winkel alpha bilden, der etwa durch die Endlagen der Schwenkbewegung der Pleuelstange erzeugt ist und die sich in der Kolbenbolzenachse kreuzen, wobei ferner die Mittelpunkte (MR1, MR2) einen vertikalen Abstand (b) zwischen sich, horizontale Abstände (c, d) jeweils zur oberen Kolbeninnenwand (8) bilden und wobei ein vertikaler Abstand (a) zwischen der unteren Kante der Ausmuldung (4) und der oberen Wand der Kolbenbolzenbohrung (5) gebildet ist, wobei die Abmessungen durch folgende Angaben bestimmt sind:
a = 0,080 ÷ 0,160 ∅D
b = 0,040 ÷ 0,144 ∅D
c = 0,080 ÷ 0,160 ∅D
d = 0,100 ÷ 0,160 ∅D
R1 = 0,080 ÷ 0,200 ∅D
R2 = 0,200 ÷ 0,280 ∅D.1. Piston for an internal combustion engine, in particular a diesel engine, which is coupled to a connecting rod via a piston pin supported in two bores and has a trough ( 4 ) above each piston pin bore ( 5 ) in the upper piston inner walls ( 8 ) of the piston interior ( 7 ). is attached, characterized in that the troughs ( 4 ) are provided with spherical radii (R1, R2), the center points (MR1, MR2) of which lie one above the other in planes transverse to the piston pin axis in the piston stroke direction and in planes through the piston pin axis Form angle alpha, which is generated approximately by the end positions of the pivoting movement of the connecting rod and which intersect in the piston pin axis, the center points (MR1, MR2) also providing a vertical distance (b) between them, horizontal distances (c, d) each form the upper piston inner wall ( 8 ) and with a vertical distance (a) between the lower edge of the recess ( 4th ) and the upper wall of the piston pin bore ( 5 ), the dimensions being determined by the following information:
a = 0.080 ÷ 0.160 ∅D
b = 0.040 ÷ 0.144 ∅D
c = 0.080 ÷ 0.160 ∅D
d = 0.100 ÷ 0.160 ∅D
R1 = 0.080 ÷ 0.200 ∅D
R2 = 0.200 ÷ 0.280 ∅D. 2. Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen gebauten, mehrteiligen Kolben (1) handelt.2. Piston for an internal combustion engine according to claim 1, characterized in that it is a multi-part piston ( 1 ).
DE1998155368 1998-12-01 1998-12-01 Piston for internal combustion engine, particularly diesel engine, has gudgeon pin located in two holes connected to connecting rod and trough formed above each gudgeon pin hole in upper inner walls of piston inner space Expired - Lifetime DE19855368C1 (en)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015005469A1 (en) * 2015-04-29 2016-11-03 Caterpillar Motoren Gmbh & Co. Kg PISTON CROWN WITH PISTON BOTTLE

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