DE2203847A1 - Pistons for internal combustion engines or compressors - Google Patents
Pistons for internal combustion engines or compressorsInfo
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Description
Wellworthy Limited, Ampress Works, Lymington, Hampshire, England.Wellworthy Limited, Ampress Works, Lymington, Hampshire, England.
Kolben für Verbrennungskraftmaschinen oder KompressorenPistons for internal combustion engines or compressors
Die Erfindung einen Kolben für Verbrennungskraftmaschinen oder für Kompressoren.The invention a piston for internal combustion engines or for compressors.
Im Betrieb wird der Kolben einer Verbrennungskraftmaschine oder eines Kompressors periodisch einer hohen Kompressivbelastung in Richtung der Kolbenachse unterworfen. Diese Last ruht auf dem Kolbenbolzen, der seinerseits die Last im wesentlichen senkrecht sowohl zur Kolbenachse als auch zur Achse der Bohrung des Kolbenbolzens auf die normalerweise zylindrischen Wände der Kolbenbolzenbohrung überträgt. Diese Bohrungswände werden daher hoch belastet und können schließlich brechen.In operation, the piston of an internal combustion engine or a compressor is periodically exposed to a high compressive load subject in the direction of the piston axis. This load rests on the piston pin, which in turn carries the load substantially perpendicular both to the piston axis and to the axis of the bore of the piston pin on the normally cylindrical walls of the Piston pin bore transfers. These bore walls are therefore highly stressed and can eventually break.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Gefahr zu beseitigen. The invention is based on the object of eliminating this risk.
Gemäß der Erfindung ist ein Kolben für eine Verbrennungskraftmaschine oder einen Kompressor in der Weise ausgebildet, daß ein ' Segment der im übrigen zylindrischen Wandung der Kolbenbolzenbohrung nur auf einer Seite einer Ebene ausgenommen ist, die die Achse der Kolbenbolzenbohrung enthält und parallel zur Kolbenachse verläuft.According to the invention is a piston for an internal combustion engine or a compressor designed in such a way that a segment of the otherwise cylindrical wall of the piston pin bore except on one side of a plane containing the axis of the piston pin bore and parallel to the piston axis runs.
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Diese eine Seite liegt vorzugsweise benachbart zu der nicht schubbeaufschlagten Seite des Kolbens.This one side is preferably adjacent to the side of the piston which is not subjected to thrust.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the drawing. In the drawing show:
Fig. 1 einen Axialschnitt eines Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine gemäß der Erfindung,1 shows an axial section of a piston of an internal combustion engine according to the invention,
Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 gemäß Fig.l,Fig. 2 is a section along the line 2-2 according to Fig.l,
Fig. 3 einen der Fig.2 ähnlichen Schnitt einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens einer Verbrennungskraftmaschine. 3 shows a section similar to FIG. 2 of a further embodiment of a piston of an internal combustion engine designed according to the invention.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Kolben ist zylindrisch und umfaßt einen Kolbenkopf 10 mit einer Verbrennungsausnehmung 12 in der oberen Oberfläche. Die zylindrische Oberfläche des Kopfteiles 10 enthält mehrere ringsum laufende Ringnuten 14. Eine mit offenem Ende versehene Hülse erstreckt sich vom Kolbenkopf 10 nach unten und 1st vorzugsweise einstückig mit dem Kolbenkopf hergestellt. Zwei im Abstand zuei nand erliegende Kolbenbolzenlageransätze Ij5, die ebenfalls einstückig mit dem Kolbenkopf 10 hergestellt sind, stehen diametral nach innen ein.The piston shown in Figures 1 and 2 is cylindrical and comprised a piston head 10 with a combustion recess 12 in the top surface. The cylindrical surface of the head part 10 includes a plurality of circumferential annular grooves 14. An open-ended sleeve extends from the piston head 10 downward and is preferably made in one piece with the piston head. Two piston pin bearing lugs Ij5 at a distance from one another, which are also made in one piece with the piston head 10, protrude diametrically inward.
Der Kolbenkopf 10, die Hülse 16 und die Lageransätze 18 sind in herkömmlicher Weise einstückig aus Aluminium oder einer Aluminium-Legjemng gegossen·The piston head 10, the sleeve 16 and the bearing lugs 18 are conventionally made in one piece from aluminum or an aluminum alloy poured
Jeder der Kolbenbolzen~lageransätze 18 ist mit einer im wesentlichen zylindrischen Bohrung 20 versehen, wie weiter unten im einzelnen ausgeführt wird. Die Bohrungen 20 sind koaxial aufeinander ausgerichtet und bilden gemeinsam die Kolbenbolzenbohrung· Die Achse der Kolbenbolzenbohrung 20 ist mit 21 bezeichnet und schneidet die Kolbenachse 22.Each of the piston pin bearing lugs 18 is provided with a substantially cylindrical bore 20 is provided, as will be explained in detail below. The bores 20 are aligned coaxially with one another and together form the piston pin bore · The axis of the piston pin bore 20 is denoted by 21 and intersects the Piston axis 22.
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Der Kolben ist im Zylinder (nicht dargestellt) einer Verbrennungskraftmaschine (oder eines Kompressors) hin- und hergehend gelagert und mit der Kurbelwelle (nicht dargestellt) des Motors über einen zylindrischen Kolbenbolzen 23 und eine nicht-dargestellte Pleuelstange verbunden. Der Kolbenbolzen 23 wird von der Kolbenbolzenbohrung 20 gelagert und das obere Ende der Pleuelstange greift um den Kolbenbolzen 23 zwischen den Kolbenbolzenlageransätzen 18. Das untere Ende der Pleuelstange ist auf einem exzentrischen Kurbelzapfen der Kurbelwelle gelagert.The piston is in the cylinder (not shown) of an internal combustion engine (or a compressor) reciprocally supported and connected to the crankshaft (not shown) of the engine via a cylindrical piston pin 23 and a connecting rod, not shown tied together. The piston pin 23 is from the piston pin bore 20 stored and the upper end of the connecting rod engages around the piston pin 23 between the piston pin bearing lugs 18. The lower end the connecting rod is mounted on an eccentric crank pin of the crankshaft.
Wenn das Brennstoffluftgemisch in dem Zylinderraum über dem Kolben gezündet wird und die Verbrennung stattfindet, dann wird der Kolben in Richtung seiner Achse 22 nach unten verschoben und er wird infolgedessen einer hohen Kompressivlast längs der Achse 22 unterworfen. Unter der Annahme, daß der in Pig.l dargestellte Kolben seine Kurbelwelle, deren Achse senkrecht zur Zeichenebene nach Pig.l verläuft, im Uhrzeigersinn antreibt, dann ist die linke Seite 24 der Hülse 16 gemäß Pig.l die Schuboberfläche, während die rechte Seite 25 die nicht-schubbelastete Fläche ist.When the fuel-air mixture is in the cylinder space above the piston is ignited and the combustion takes place, then the piston is displaced in the direction of its axis 22 downwards and it is consequently subjected to a high compressive load along axis 22. Assuming that the piston shown in Pig.l his Crankshaft, whose axis runs perpendicular to the plane of the drawing according to Pig. 1, drives clockwise, then the left side is 24 of the sleeve 16 according to Pig.l, the thrust surface, while the right side 25 is the non-thrust-loaded surface.
Die Kompressivlast des Kolbens wird über die Kolbenbolzenansätze l8 auf den Kolbenbolzen 23 übertragen, der seinerseits eine querverlaufende Last, d.h. senkrecht zu den Achsen 21 und 22 auf die Wände der Kolbenbolzenbohrung 20 überträgt. Diese querverlaufende Last erzeugt eine Verzerrung der Kolbenbolzenlageransätze 18 und des Kolbenbolzens 23. Die Verzerrung ist insbesondere vorherrschend bei leichten hohlen Kolbenbolzen, wie diese in der Zeichnung dargestellt sind, da diese die Neigung haben, unter der Kompressivlast in eine elliptische Form überzugehen. Außerdem übt die Wandung des Zylinders eine beträchtliche Kraft auf die Schuboberfläche 24 der Hülse 16 aus und diese Kraft wird ebenfalls auf den Kolbenbolzen 23 übertragen. Die Hauptachse der elliptischen bzw. ovalen Gestalt, die der Kolbenbolzen unter Belastung annimmt, kann daher etwas gegenüber einer senkrecht zur Kolbenachse 22 und zur Achse 21 derThe compressive load of the piston is via the piston pin lugs l8 transferred to the piston pin 23, which in turn has a transverse Load, i.e. perpendicular to the axes 21 and 22, is transmitted to the walls of the piston pin bore 20. This transverse load creates a distortion of the piston pin bearing lugs 18 and des Piston pin 23. The distortion is particularly prevalent with light, hollow piston pins such as those shown in the drawing because they tend to change into an elliptical shape under the compressive load. In addition, the wall of the Cylinder exerts a considerable force on the thrust surface 24 of the Sleeve 16 and this force is also transmitted to the piston pin 23. The main axis of the elliptical or oval shape, which the piston pin assumes under load can therefore be somewhat opposite to a perpendicular to the piston axis 22 and to the axis 21 of the
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Kolbenbolzenbohrung 20 geneigt sein, wobei die Neigung nach oben von links nach rechts gemäß Fig.l verläuft.Piston pin bore 20 may be inclined, the inclination being upward runs from left to right according to Fig.l.
Um eine überbeanspruchung der Wände der Kolbenbolzenbohrung 20 zu vermeiden, ist ein Segment 26 ater eine sonstige zylindrische Wand auf nur einer Seite einer Ebene, die die Achse 21 der Kolbenbolzenbohrung 20 enthält und parallel zur Kolbenachse 22 verläuft, mit einer Ausnehmung versehen. Dieser ausgenommene Abschnitt schafft einen Raum für die Hauptachse des in die ovale Gestalt übergehenden Kolbenbolzens und es wird dadurch die Tendenz des Kolbens vermindert,oberhalb der Kolbenbolzenbohrung nach dem Kopfteil 10 des Kolbens zu reißen.To avoid overstressing the walls of the piston pin bore 20 To avoid a segment 26 ater another cylindrical one Wall on only one side of a plane containing the axis 21 of the piston pin bore 20 and parallel to the piston axis 22 runs, provided with a recess. This recessed section creates a space for the major axis of the in the oval Shape passing piston pin and it becomes the tendency of the piston reduced to tear above the piston pin bore after the head part 10 of the piston.
Bei der in Pig.l und 2 veranschaulichten AusfUhrungsform liegt das ausgenommene Segment 26 der nicht mit Schub belasteten Oberfläche 25 der Hülse 16 näher als der Schubfläche 24 und erstreckt sich über einen Winkel von etwa 6O°~8o°. Die Mittellinie der Segmentausnehmung 26 ist nach dem Kolbenkopf 10 gegenüber der Normalen zu den Achsen 21 und 22 um ungefähr 50° angestellt, so daß die Segmentausnehmung 26 näher der Oberseite der Kolbenbolzenbohrung liegt als dem Unterteil dieser Bohrung.In the embodiment illustrated in Pig. 1 and 2, this is the case recessed segment 26 of the non-sheared surface 25 of the sleeve 16 closer than the thrust surface 24 and extends over an angle of about 60 ° ~ 8o °. The center line of the segment recess 26 is employed after the piston head 10 relative to the normal to the axes 21 and 22 by approximately 50 °, so that the Segment recess 26 closer to the top of the piston pin bore lies as the lower part of this hole.
Das Ausmaß der Ausnehmung 26 ist in Richtung der Achse 22 der Kolbenbolzenbohrung 20 im wesentlichen konstant,wie aus Fig.2 ersichtlich. Die Segmentausnehmung 26 kann zweckmäßigerweise mittels eines Fingerfräsers hergestellt werden, dessen Durchmesser etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 20, wobei dieser Fräser mit seiner Achse etwas versetzt zur Achse 21 angesetzt wird«The extent of the recess 26 is in the direction of the axis 22 of Piston pin bore 20 essentially constant, as shown in FIG evident. The segment recess 26 can expediently be produced by means of an end mill, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the bore 20, whereby this milling cutter is set with its axis slightly offset from the axis 21 «
Die Kolbenbolzen zeigen außerdem die Neigung, sich etwas unter dem Einfluß der Last zu krümmen, die auf ihre Endabschnitte über die Lageransätze bzw. die entgegengesetzt gerichtete Kraft, die im Mittelabschnitt über die Pleuelstange angreift, aufgebracht wird.The piston pins also show a tendency to move slightly below the Influence of the load to bend on its end sections on the bearing lugs or the oppositely directed force that is im Middle section engages on the connecting rod, is applied.
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Diese Krümmung beansprucht ebenfalls die Kolbenbolzenbohrung, wobei die Wirkung am größten in jenen Abschnitten der Bohrung ist, die der Kolbenachse am nächsten liegen.This curvature also stresses the piston pin bore, with the effect is greatest in those sections of the bore that are closest to the piston axis.
Diese weitere Beanspruchung wird bei dem Ausführungsbeispiel nach PigO vermindert. In PigO sind die den Pig.l und 2 entsprechenden Teile mit dem gleichen Bezugszeichen versehen, an das ein a angehängt ist. Bs ist ersichtlich, daß die Tiefe der Segmentausnehmung 26a in den beiden Kolbenbolzenlagerbohrungen 20a in jedem Lageransatz l8a axial von außen nach der Achse 22a des Kolbens hin zunimmt. Die Ausnehmung 26a kann zweckmäßigerweise von außen her mittels eines Pingerfräsers hergestellt werden, der einen Durchmesser besitzt, welcher etwas kleiner ist als der Durchmesser der Bohrung 20 und der in einem kleinen Winkel, im typischen Falle in einem Winkel von 1° gegenüber der Achse 21a angestellt ist.This further stress is in the embodiment according to PigO decreased. In PigO are the Pig.1 and 2 corresponding Parts have been given the same reference numerals to which an a is appended. Bs can be seen that the depth of the segment recess 26a in the two piston pin bearing bores 20a in each bearing shoulder l8a axially from the outside to the axis 22a of the piston increases towards. The recess 26a can expediently be produced from the outside by means of a pinger milling cutter, the one Has a diameter which is slightly smaller than the diameter of the bore 20 and which is at a small angle, typically is employed at an angle of 1 ° with respect to the axis 21a.
Bs hat sich gezeigt, daß durch die Anordnung der Segmentausnehmung 26 oder 26a in der Wandung der Kolbenbolzenbohrung 20 bzw. 20a und zwar nur in einer Seite der Ebene,die die Achse der Bohrung enthält und parallel zur Kolbenachse verläuft, die Risse erzeugenden Beanspruchungen wesentlich vermindert werden können, denen die Bohrung durch den Kolbenbolzen 2j5 oder 2Ja ausgesetzt ist. Außerdem ist die Anordnung einer Segraentausnehmung nur auf einer Seite dieser Ebene einfacher und wirtschaftlicher herzustellen, als z.B. Segmentausnehmungen auf beiden Seiten der Ebene vorzusehen und zusätzlich wird eine bessere Lagerung des Kolbenbolzens unter seitlichen Lastbedingungen erhalten.Bs has been shown that the arrangement of the segment recess 26 or 26a in the wall of the piston pin bore 20 or 20a and only in one side of the plane which is the axis of the bore contains and runs parallel to the piston axis, the cracking stresses can be significantly reduced, which the Bore through the piston pin 2j5 or 2Ja is exposed. aside from that is the arrangement of a segment recess only on one side of this Easier and more economical to produce level than, for example, providing segment recesses on both sides of the level and in addition, better storage of the piston pin is obtained under lateral load conditions.
Es können zahlreiche Abwandlungen im Rahmen der Erfindung getroffen werden. So könnten diese Segmentausnehmungen 26 oder 26a beispielsweise symmetrisch zwisohen der oberen und unteren Oberfläche derNumerous modifications can be made within the scope of the invention will. For example, these segment recesses 26 or 26a could be symmetrical between the upper and lower surfaces of the
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Kolbenzapfenbohrungen angeordnet werden oder sie könnten auf der anderen Seite der Ebene liegen, die die Achse der Kolbenbolzenbohrung enthält und parallel zur Kolbenachse verläuft (d.h. auf jener Seite, 'die benachbart zur Schubfläche 24 oder 24a der Hülse 16 oder 16a liegt). Außerdem könnten die Kolbenbolzenbohrungen der Kolben in anderer Weise als beschrieben mit Ausnehmungen gemäß der Erfindung versehen sein, z.B. bei Kolben, bei denen die Achsen der Kolbenzapfenbohrungen etwas versetzt zur Kolbenachse verlaufen.Piston pin bores may be located or they could be on the other side of the plane containing the axis of the piston pin bore and is parallel to the piston axis (i.e. on the side adjacent to the thrust surface 24 or 24a of the sleeve 16 or 16a lies). In addition, the gudgeon pin bores of the pistons could have recesses according to the invention in other ways than described be provided, e.g. for pistons in which the axes of the piston pin bores run somewhat offset to the piston axis.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OD | Request for examination | ||
8263 | Opposition against grant of a patent | ||
8235 | Patent refused |