DE2046978A1

DE2046978A1 - Pistons for reciprocating engines

Info

Publication number: DE2046978A1
Application number: DE19702046978
Authority: DE
Inventors: Harold Taylor Caton Ronald Morris. Lymington Hampshire Hill (Großbritannien)
Original assignee: Wellworthy Ltd
Current assignee: Wellworthy Ltd
Priority date: 1969-09-24
Filing date: 1970-09-24
Publication date: 1971-04-15
Also published as: GB1319958A

Description

PATENTANWÄLTE Z U 4 ö O / Q PATENTANWÄLTE Z U 4 ö O / Q

DR. HUGO WiLCKEN · DIPL.-ING. THOMAS WILCKENDR. HUGO WiLCKEN DIPL.-ING. THOMAS WILCKEN

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE S2-54 22,9· 1970D - 24 LÜBECK. WIDE STREET S2-54 22.9 1970

Cz./B.Cz./B.

Anmelder:
'Wellworthy Limited, Lymington (Hampshire), Stanford Road /Groß br it armierApplicant:
'Wellworthy Limited, Lymington (Hampshire), Stanford Road / Großbr it armier

Kolben für HubkolbenmaschinenPistons for reciprocating machines

Die Erfindung betrifft Kolben und Kolbenmaschinen mit hin- und hergehenden Kolben, wie z.B. Brennkraftmaschinen oder Kompressoren mit dem vorgenannten Kolbentyp.The invention relates to pistons and piston machines with back and forth reciprocating pistons, such as internal combustion engines or compressors with the aforementioned piston type.

Gemäß der Erfindung umfaßt der Kolben eine Krone und eine Seitenwandung, welch letztere mit einer sich umfangsmäßig erstreckenden schraubenförmigen Nut ausgestattet ist, die wenigstens zu einem Teil mit einem vorbestimmten Profil versehen ist.According to the invention, the piston comprises a crown and a side wall, which latter is equipped with a circumferentially extending helical groove that leads to at least one Part is provided with a predetermined profile.

Der obere Teil der Nut, d.h. der Teil der Nut, der der Krone am nächsten liegt, kann mit einem vorbestimmten Profil versehen sein, d.h. das Profil kann sich von seinem Verbindungspunkt mit der Oberfläche der Seitenwandung nach einem vorbestimmten Profil nach innen erstrecken, während das Profil eines Teils oder des verbleibenden Rests der Nut beliebig oder sich frei ergebend ausgebildet sein kann. Alternativ kann der Hauptanteil der Nut, z.B. im wesentlichen das gesamte Profil der Nut, vorbestimmt seinj z.B. kann die Nut ein symmetrisches Profil aufweisen, z.B. kann sie, im Quer-The upper part of the groove, i.e. the part of the groove that the crown on closest can be provided with a predetermined profile, i.e. the profile can extend from its connection point with the surface of the side wall extending inwardly according to a predetermined profile, while the profile of a part or the remaining one The remainder of the groove can be designed as desired or freely. Alternatively, the majority of the groove, e.g., substantially the entire profile of the groove can be predetermined, e.g. the Groove have a symmetrical profile, e.g. it can, in the transverse

109816Λ1250·109816Λ1250 ·

schnitt gesehen, gemäß einem Radius gewölbt bzw. verrundet, teilkreisförmig oder V-förmig ausgebildet sein, oder alternativ kann sie ein asymmetrisches Profil aufweisen, z.B. kann sie keilartig ausgebildet sein. Die Nut, die sich um die Kolbenschürze herum erstreckt, die den Teil der Seitenwandung zwischen dem Kolbenringnutträgerteil und dem offenen Ende der Seitenwandung bildet, kann umfangsmäßig fortlaufend oder unterbrochen sein und kann sich über einen Teil erstrecken oder im wesentlichen über die gesamte axiale Erstreckung der Schürze.Section seen, arched or rounded according to a radius, partially circular or V-shaped, or alternatively it may have an asymmetrical profile, e.g. it may be wedge-shaped be trained. The groove that extends around the piston skirt that defines the portion of the side wall between the piston ring groove carrier part and forms the open end of the side wall, can be circumferentially continuous or interrupted and can extend extend over part or substantially over the entire axial extent of the skirt.

Die Erfindung besteht auch in einem Verfahren zur Herstellung eines Kolbens, das den Schritt einschließt, daß in die Seitenwandung des Kolbens eine sich umfangsmäßig erstreckende schraubenförmige Nut mit einem vorbestimmten Profil eingeschnitten wird.The invention also consists in a method of manufacturing a piston, including the step that a cut is located at f angsmäßig extending helical groove with a predetermined profile in the side wall of the piston.

Die Nut kann durch Nockendrehen (Drehen unter Verwendung einer Nockensteuerung) hergestellt werden, wobei ein Diamant- oder ein äquivalentes Schneidwerkzeug mit einem vorbestimmten Profil benutzt wird, wobei der Vorschub des Werkzeugs die Ganghöhe bzw. Steigung der Schraubenlinie der Nut bestimmt.The groove can be made by cam turning (turning using a cam control), a diamond or a equivalent cutting tool with a predetermined profile is used, the feed of the tool the pitch or Determines the pitch of the helix of the groove.

Um die Erfindung verständlicher zu machen, wird sie nachstehend an mehreren in der anliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.In order to make the invention more understandable, it is described below explained in more detail using several exemplary embodiments shown in the accompanying drawings.

'Die Figuren 1 bis 4 zeigen teilweise Längsschnitte einer Kolbenschürze, die profilierte Nuten gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung enthalten. :'Figures 1 to 4 show partial longitudinal sections of a piston skirt, which contain profiled grooves according to the various embodiments according to the invention. :

1098 16/150 9 -^NAi _iNsPB 1098 16/150 9 - ^ NAi _iNsPB

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die ■ Schürze 1 eines Kolbens aus einer Leichtmetallegierung mit einer gemäß einem Radius gewölbten bzw. verrundeten Nut 2 versehen. Diese Nut 2 weist die Form einer fortlaufenden Schraubenlinie oder eines gewindemäßigen Schnitts in der äußeren Oberfläche der Schürze auf und besitzt eine Tiefe und eine Breite von angenähert 0,0254 mm bzw, 0,381 mm. Die Ganghöhe bzw. Steigung der schraubenlinienförmigen Nut 2 ist derart, daß ein Nutzwischenbereich 3 von angenähert 0,381 mm Breite zwischen den aneinander angrenzenden Gängen der Schraubenlinie verbleibt.In the embodiment shown in FIG. 1, the ■ The skirt 1 of a piston made of a light metal alloy is provided with a groove 2 that is curved or rounded according to a radius. This groove 2 has the shape of a continuous helical line or a thread-like cut in the outer surface of the Apron and has a depth and a width of approximately 0.0254 mm and 0.381 mm, respectively. The pitch or pitch of the helical Groove 2 is such that a useful wiping area 3 of approximately 0.381 mm width between the adjacent Turns of the helical line remains.

In Fig. 2 beträgt die Nutbreite und die Nuttiefe angenähert 0,508 bzw. 0,0330 mm, während der NutZwischenbereich ein Maß von angenähert 0,254 mm aufweist.In Fig. 2, the groove width and the groove depth are approximately 0.508 and 0.0330 mm, respectively, while the intermediate groove area is a dimension of approximately 0.254 mm.

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 und 2 besitzen die Nuten 2 ein symmetrisches Profil, wogegen die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 3 und 4 ein asymmetrisches Profil aufweisen* In den Fig. 3 und 4 ist das Profil jeder Nut 2 derart ausgebildet, % daß ihr oberer Teil 2a, der an die Kolbenkrone (nicht dargestellt) am nächsten angrenzt, im wesentlichen normal in bezug auf die äußere Oberfläche der Kolbenschürze 1 angeordnet ist, so daß eine scharfe Kante bzw. eine scharfe Ecke an dem Verbindungspunkt des Teils 2a mit der Schürze 1 gebildet ist_e Der untere Teil 2b der ; Nut2 verläuft geneigt relativ zur und geht über in die Oberflä- j ehe der Schürze 1.In the embodiments according to FIGS. 1 and 2, the grooves 2 have a symmetrical profile, the embodiments whereas in FIGS. 3 and 4 have an asymmetric profile * in Figs. 3 and 4, the profile of each groove 2 is formed in such a way% that its upper part 2a, which is closest to the piston crown (not shown), is arranged substantially normal with respect to the outer surface of the piston skirt 1, so that a sharp edge or a sharp corner at the connection point of the part 2a with the skirt 1 is formed _e The lower part 2b of the; Groove 2 runs inclined relative to and merges into the surface before the skirt 1.

1 0 8 P 1 β / 1 R 0 91 0 8 P 1 β / 1 R 0 9

Obgleich in den Fig. 1 bis 4 lediglich zwei aneinander angrenzende Gänge jeder Nut 2 dargestellt sind, wird die Schürze in der Praxis mit einer Mehrzahl von Gängen versehen sein, die den gesamten oder einen Teil der axialen Höhe der Schürze bedecken, und zwar zwischen dem Eolbenringnutträger (nicht gezeigt) und dem offenen Ende (nicht gezeigt) der Kolbenseitenwandung.Although in Figs. 1 to 4 only two adjacent Corridors of each groove 2 are shown, the apron will in practice be provided with a plurality of flights that cover the whole or cover part of the axial height of the skirt, between the Eolbenringnutträger (not shown) and the open end (not shown) of the piston side wall.

Wenn ein Kolben, der eine genutete Schürze wie vorstehend beschrieben und dargestellt enthält, betriebsfähig in einem Zylinder (nicht dargestellt) einer Brennkraftmaschine eingesetzt ist, wird die Schmierung bzw. Ölversorgung der Schürze gemäß der Tatsache vergrößert, daß das Schmiermittel dazu neigt, sich während der hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens innerhalb der Nute 2 zu sammeln. Diese vergrößerte bzw. verbesserte Schmierung führt zur Reduzierung der Bildung von harten Flecken auf den tragenden Oberflächen der Schürze, die verschiebbar bzw. reibend mit der Zylinderbohrung zusammenarbeitet, d.h. mit den Nutzwischenbereichen 3, und neigt ebenfalls dazu, irgendwelche sich bildende harte Flecken auszuwaschen oder zu dispergieren. Das Versehen der iKolbenschürze mit Nuten neigt auch dazu, irgendwelche derartige !harte Flecken zu lokalisieren und unterstützt den anfänglichenIf a piston that has a grooved skirt as described above and contains, is operably inserted in a cylinder (not shown) of an internal combustion engine, is the lubrication or oil supply of the apron according to the fact increases the tendency of the lubricant to settle within the groove during the reciprocating movement of the piston 2 collect. This increased or improved lubrication leads to a reduction in the formation of hard stains on the load-bearing Surfaces of the skirt, which cooperates with the cylinder bore in a slidable or frictional manner, i.e. with the useful wiping areas 3, and also tends to wash out or disperse any hard stains that form. The oversight of the Grooved piston skirt also tends to locate any such hard spots and helps the initial one

,EinlaufVorgang des Kolbens., Inlet process of the piston.

Aus den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, . daß der eingeschlossene Winkel zwischen der kurzen Oberfläche j und dem oberen Teil der Nut, d.h. dem Teil 2a, welcher der Kolbenir ■krone am nächsten liegt, größer als 90° ist. Nach jedem Ausfüh- ;From the embodiments of FIGS. 1 and 2 it can be seen . that the included angle between the short surface j and the upper part of the groove, ie the part 2a which is closest to the piston crown, is greater than 90 °. After each execution;

1 0 9 Γί 1 fi / 1 R η 91 0 9 Γί 1 fi / 1 R η 9

_ 5 — ·_ 5 - ·

rungsbeispiel der Fig. 3 und 4 ist jedoch der eingeschlossene Winkel zwischen der Schürzenoberfläche und dem oberen Teil 2a der Nut 2 angenähert 90° (obwohl er alternativ weniger als 90° betragen kann^_f so daß an dem Verbindungspunkt der Schürzenoberfläche und dem Teil 2a eine scharfe Kante bzw. Ecke gebildet ist. Dadurch, wenn sich der Kolben in der Zylinderbohrung während seines Betriebs nach unten bewegt, bewirkt die scharfe Kante, daß das Schmiermittel bzw. Öl von der Oberfläche der Zylinderbohrung abgekratzt wird und in die Nut 2 gelangt. Während der aufwärts gerichteten Bewegung bzw. des Kompressionstaktes des Kolbens erzeugt der geneigte Teil 2b der Nut 2 eine Keilwirkung, so daß das Schmiermittel in der Nut dazu neigt, aus der Nut auszuflie- \ approximately example of Fig. 3 and 4, however, the included angle between the skirt surface and the upper part 2a of the groove 2 is approximately 90 ° (although it may alternatively be less than 90 ° ^ _f so that at the junction of the skirt surface and the part 2a, a Thus, when the piston moves downward in the cylinder bore during its operation, the sharp edge causes the lubricant or oil to be scraped off the surface of the cylinder bore and enter the groove 2. During the upward movement or the compression stroke of the piston produces the inclined part 2b of the groove 2 so that the lubricant in the groove tends auszuflie- a wedging action from the groove \

ßen und zwischen die Schürzenoberfläche und die Zylinderbohrung _; e inzudr ingen.ßen and between the skirt surface and the cylinder bore _; to be pressed.

Es ist klar, daß die Seitenwandung eines Kolbens, der einen an die Krone angrenzenden und mit ihr zusammenhängenden Kolbenring- _; träger bzw. Kolbenringträgerteil und eine Schürze einschließt, _; It is clear that the side wall of a piston, the one adjacent to the crown and associated with it piston ring _; includes a carrier and a skirt _;

die \rqm Träger bzw. Trägerteil herabhängt und mit ihm zusammen- jthe carrier or carrier part hangs down and is connected with it

hängt, im allgemeinen nicht eine einfache zylindrische Form auf- ; :weist, sondern eine komplexe Kontur oder Form besitzt. Die äuße- jhangs, generally not a simple cylindrical shape; : shows, but has a complex contour or shape. The outer j

re Oberfläche der Seitenwandung kann z.B. in Längsrichtung konisch ausgebildet sein, so kann sie im Querschnitt oval mit einem Ovalitätsmaß sein, das sich entlang der Kolbenachse ändert, ^und/oder sie kann mit einer Abflachung, Abschrägung oder .einer "anderweitigen Verjüngung versehen sein. Die komplexe Form kann z.B. durch Nockendrehen der Seitenwandung erreicht werden, inThe right surface of the side wall can, for example, be conical in the longitudinal direction be designed, it can be oval in cross section with an ovality that changes along the piston axis, ^ and / or it can be with a flat, bevel or .einer "Other tapering. The complex shape can can be achieved e.g. by turning the cam on the side wall, in

j - 6 -j - 6 -

109 816/1K09109 816 / 1K09

welchem Verfahren das Schneidwerkzeug, z.B. ein diamant- oder fcarbid.bestücktes Werkzeug, relativ zur Richtung der Kolbenachse vorgeschoben bzw. verschoben und gleichzeitig in Richtung auf oder weg vom Kolben verfahren wird, um in Abstimmung mit einem vorbestimmten Programm die gewünschte Form zu erzeugen, wobei das Programm durch ein oder mehrere Steuernocken bestimmt wird. In diesem Fall kann die Nut 2 gleichzeitig mit der Nockendreharbeit in die Schürze eingeschnitten werden, und zwar durch Verwendung änjes zusätzlichen Schneidwerkzeuges mit einer Schneidkante, die so geformt ist, daß sie dem Profil der Nut 2 entspricht,which method the cutting tool, e.g. a diamond or carbide tipped tool, relative to the direction of the piston axis advanced or shifted and at the same time in the direction of or is moved away from the piston in order to produce the desired shape in coordination with a predetermined program, wherein the program is determined by one or more control cams. In this case, the groove 2 can be turned simultaneously with the cam rotating work cut into the apron by using any additional cutting tool with a cutting edge, which is shaped so that it corresponds to the profile of the groove 2,

ι wobei das zusätzliche Werkzeug für die Bewegung im Einklang bzw. Gleichgang mit dem erstgenannten W_erkzeug befestigt ist, wobei jedoch das letztere Werkzeug nachläuft, z.B. mit einem Maß von angenähert 3,175 mm, und wobei der Betrag des Vorschubs oder des Vorlaufmaßes des Werkzeugs eingestellt ist, um den gewünschtenι wherein said additional tool for movement in unison or DC gear Tool con tro with the first-mentioned W _e is fixed, but lags the latter tool, for example, approximated with a dimension of 3.175 mm, and wherein the amount of the feed or of the flow amount of the tool set is to get the one you want

: Nutabstand bzw. die gewünschte NutSteigung zu erzeugen.: To generate the groove spacing or the desired groove inclination.

Es sei betont, daß verschiedene Abänderungen vorgenommen werden können, ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die Nut, anstatt daß sie umfangsmäßig fortlaufendIt should be emphasized that various changes can be made without departing from the spirit of the invention. For example the groove, instead of being circumferentially continuous

schraubenlinienförmig um den Umfang der Schürze herum gebildet ι ist, unterbrochen sein, so daß lediglich gewisse Zonen der Schürze genutet sind. Diese Zonenkönnen die-.Druckflächen der Schürze umfassen, d.h., die diametral gegenüberliegenden Zonen der Schürze, ι die umfangsmäßig von der Achse der Kolbenbolzenlageraugen um an-'is formed helically around the circumference of the apron, interrupted, so that only certain zones of the apron are grooved. These zones can be the pressure surfaces of the apron include, i.e. the diametrically opposite zones of the skirt, ι the circumferential from the axis of the piston pin bearing eyes to an- '

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ί genähert 90 versetzt liegen. Die axiale Erstreckung der genutet ten Zone oder der genuteten Zonen der Schürze kann geändert sein^ί are approximately 90 offset. The axial extent of the grooved th zone or the grooved zones of the apron can be changed ^

_ 7 _ ι_ 7 _ ι

wie dies auch bei der Steigung, dem Profil und der Tiefe der Nut der Fall sein kann.as can also be the case with the slope, profile and depth of the groove.

Andere Nutenprofile als die speziell dargestellten können angewendet werden. Zum Beispiel kann der eingeschlossene Winkel zwischen der Schürzenoberfläche und dem oberen Teil 2a der Nut, gezeigt in den Fig. 3 und 4» auf einen Wert weniger als 90° reduziert werden, so daß der Teil 2a abwärts und weg von der Schürzenoberfläche geneigt verläuft, um eine hakenartige Form anzunehmen, wodurch der Abkratzeffekt der Nut vergrößert ist.Other groove profiles than those specifically shown can be used will. For example, the included angle between the skirt surface and the upper part 2a of the groove, shown in Figs. 3 and 4 »reduced to a value less than 90 ° so that the portion 2a slopes downwardly and away from the skirt surface to form a hook-like shape assumed, whereby the scraping effect of the groove is increased.

Anstatt daß der gesamte Querschnitt der fortlaufenden oder unterbrochenen Nut mit einem vorbestimmten Profil, wie es in den Zeichnungen gezeigt ist, versehen wird, braucht lediglich das Profil, und insbesondere der Winkel, des oberen Teils 2a der Nut gesteuert werden bzw, vorbestimmt zu sein. Zum Beispiel sollte der eingeschlossene Winkel zwischen der Schürzenoberfläche und dem oberen Teil 2a größer als 90° sein, wenn die Nut lediglich eine :Abdichtung gegen Ölaustritt bewirken soll, oder 90° oder weni- jInstead of the entire cross-section being continuous or discontinuous Groove with a predetermined profile, as shown in the drawings is provided, only the profile, and in particular the angle, of the upper part 2a of the groove needs to be controlled become or to be predetermined. For example, the included angle between the apron surface and the upper part 2a be greater than 90 ° if the groove is only intended to provide a seal against oil leakage, or 90 ° or less

;ger, wenn die Nut zusätzlich eine Abkratztätigkeit bewirken soll. Der Rest oder der untere Teil der Nut kann ein beliebiges J - oder sich zweckmäßig frei ergebendes Profil aufweisen. ;; ger, if the groove also causes a scraping activity target. The remainder or the bottom of the groove can be any J - or have an expedient freely resulting profile. ;

:Anstatt das Formgeben und Fertigbearbeiten der Schürze durch ,: Instead of shaping and finishing the apron,

ein Werkzeug vorzunehmen und gleichzeitig die Nut in die fertig ίmake a tool and at the same time insert the groove into the finished ί

bearbeitete Oberfläche mit Hilfe eines zweiten getrennten Werk- !processed surface with the help of a second separate work!

; zeuges einzuarbeiten, das im Gleichgang mit dem erstgenannten \ ; to incorporate the tool, which is in step with the former \

I - 8 -I - 8 -

1 0 S '■: -1 0 S '■: -

Werkzeug arbeitet, können die beiden Werkzeuge auch zusammenhängend ausgebildet sein.If the tool is working, the two tools can also be used together be trained.

Alternativ kann die Nut durch ein geeignetes Drehwerkzeug in ,einem getrennten Arbeitsgang eingeschnitten werden, und zwar vor oder nach dem Formgeben der Schürze durch Nockendrehen, Schleifen od. dgl..Alternatively, the groove can be cut using a suitable turning tool in a separate operation, namely before or after shaping the apron by turning cams, grinding or the like ..

109816/1609109816/1609

Claims

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PATENTANWÄLTE . /.Ό ΗΌ Ό / U PATENT LAWYERS. /.Ό ΗΌ Ό / U

D - 24 LÜBECK. BREITE STRASSE 52-54D - 24 LÜBECK. WIDE STREET 52-54

Applicant: J. September 22, 1970

Wellworthy Limited, Lymington (Hampshire) United Kingdom, * '

Stanford Road

Claims

f1 J piston with a piston crown and a piston side wall, characterized in that the piston side wall is provided with a circumferentially extending helical groove is that at least in part with a predetermined Profile is provided.

2. Piston according to claim 1, characterized in that that part of the groove which is closest to the crown, consists of one predetermined profile, while the profile of at least part of the remainder of the groove is of any nature.

3. Piston according to claim 1, characterized in that the groove consists of a symmetrical profile.

4. Piston according to claim 5, characterized in that the groove has a cross section which is selected from the group in which the curved or rounded according to a radius, according to externally partially or partially circular or according to a V-shaped Form executed groove shapes are summarized.

Ubxic (0451) 7 58 88, Privoti Dr. H. Wllek.n, Curau (0450J) 210 . D!pl.-Ing. Th. Wllck.n, lObtdc (0451) 2 51 5? Banki Comnwibank A. G., FII. Ub«dc, Kto.-Nr. 39 01*7 Poitiditdii Hambur_B 1381 19Ubxic (0451) 7 58 88, Privoti Dr. H. Wllek.n, Curau (0450J) 210. D! Pl.-Ing. Th. Wllck.n, lObtdc (0451) 2 51 5? Banki Comnwibank AG, FII. Ub «dc, account no. 39 01 * 7 Poitiditdii Hambur _B 1381 19

1098167150910981671509

5. Piston according to claim 1, characterized in that the groove has a wedge-like profile.

6. Piston according to claim 1, characterized in that the groove UTTi is continuously continuous.

7. Method of manufacturing a piston with a piston crown

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and a piston valve, characterized in that it includes the step of having a circumferentially extending helical groove formed in the side wall of the piston; is cut, which is at least partially provided with a predetermined profile.

| 8. Method according to claim 7, characterized in that the Groove is formed by cam turning using a cutting tool having said predetermined profile and wherein , the tool is guided or moved with a »dimension to the To determine the pitch or pitch of the helix of the groove.

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