DE2541579A1

DE2541579A1 - SUBMERGED PISTON FOR COMBUSTION ENGINES WITH PISTON SHIRT THICKENED IN THE LOWER STEM AREA

Info

Publication number: DE2541579A1
Application number: DE19752541579
Authority: DE
Inventors: Alfred Dr Ing Meier
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1975-09-18
Filing date: 1975-09-18
Publication date: 1977-03-24
Also published as: FR2324881A1; JPS5239012A

Description

MAHLE GMBH, 70OO Stuttgart 50, Pragstrasse 26-46MAHLE GMBH, 70OO Stuttgart 50, Pragstrasse 26-46

Tauchkolben für Verbrennungsmotore mit im unteren Schaft bereich verdicktem KolbenhemdPlunger piston for internal combustion engines with thickened in the lower shaft area Piston skirt

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben für Verbrennungsmotore, insbesondere Dieselmotore, mit einem im unteren Schaftbereich verdickten Kolbenhemd.The invention relates to a plunger piston for internal combustion engines, in particular diesel engines, with a lower one Piston skirt thickened in the shaft area.

Ein derartiger Kolben ist beispielsweise aus der US-PS 2 513 814 bekannt. Dort handelt es sich um einen Tauchkolben mit im Querschnitt ovalem Kolbenhemd, wobei die lange Achse des Ovals senkrecht zur Kolbenbolzenachse verläuft. Die im unteren Bereich des Kolbenhemdes liegende Verdickung erfaßt den Umfangsbereich des Kolbenhemdes um die Enden der kleinen Achsen des Ovals herum. Sie ist dabei als Steg ausgebildet und weist im Querschnitt eine ovale Außenkontur auf, deren kleine Achse größer ist als diejenige oberhalb dieses Steges liegende des übrigen Kolbenhemdbereiches. Im an die große Ovalachse angrenzenden Umfangsbereich laufen die beschriebenen Stege dann jedoch wiederum flächenschlüssig in die dort absatzlos verlaufende Schaftfläche ein. Die beiden unteren Stege sollen zu einer Verringerung des Kolbenspiels in Richtung der Bolzenachsen und dort auch zu einer besseren Ölabdichtung beitragen.Such a piston is known, for example, from US Pat. No. 2,513,814. There it is a plunger with an oval piston skirt in cross-section, the long axis of the oval running perpendicular to the piston pin axis. The thickening located in the lower area of the piston skirt encompasses the circumferential area of the piston skirt the ends of the minor axes of the oval around. It is designed as a web and has an oval cross-section Outer contour, the minor axis of which is larger than that lying above this web of the remaining piston skirt area. In the circumferential area adjoining the large oval axis, however, the webs described then run again flush into the shaft surface, which runs there without bumps a. The two lower webs are intended to reduce the piston play in the direction of the pin axes and there also contribute to a better oil seal.

709812/0553709812/0553

Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht demgegenüber in erster Linie darin, das untere Schaftende eines Kolbens derart auszubilden, daß es gleichzeitig zu einer verbesserten Führung des Kolbens über dessen gesamten Umfang und andererseits zu einer günstigen Ölverteilung längs des Kolbenschaftes wiederum über den gesamten Umfang beiträgt. Darüberhinaus soll das untere Ende des Kolbenschaftes die Möglichkeit haben, sich noch während einer Anfangsphase des Motorbetriebes ohne Beschädigungen der Kolben- und Zylinderlaufflächen einzuarbeiten. In contrast, the object of the invention consists in the first place Line in forming the lower shaft end of a piston in such a way that it becomes an improved one at the same time Guiding the piston over its entire circumference and, on the other hand, for a favorable oil distribution along the piston skirt in turn contributes over the entire scope. In addition, the lower end of the piston skirt should be able to have themselves during an initial phase of engine operation to be incorporated without damaging the piston and cylinder sliding surfaces.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Verdickung (Steg) sich über etwa 5 % der Gesamtlänge des Kolbenschaftes erstreckt und möglichst weit unten angeordnet ist, wobei sie jedoch in der unteren Totpunktlage des Kolbens stets noch einen entsprechend langen Bereich des den Kolben umschließenden Zylinders erfassen muß, und daß sie über den gesamten Umfang des Kolbenhemdes aus dem übrigen Teil des Kolbenhemdes herausragt und an ihrer Lauffläche mit Rillen einer Tiefe von etwa 0,1 % des Schaftdurchmesssers bei einem verbleibenden Traganteil von maximal etwa 40 % versehen ist.This object is achieved according to the invention in that the thickening (web) extends over about 5% of the total length of the Piston skirt extends and is arranged as far down as possible, but in the bottom dead center position of the piston still has to cover a correspondingly long area of the cylinder surrounding the piston, and that it is over the entire circumference of the piston skirt protrudes from the remaining part of the piston skirt and on its running surface with grooves a depth of about 0.1% of the shaft diameter with a remaining contact portion of a maximum of about 40%.

Die Lauffläche des Steges verläuft vorzugsweise kreisringförmig und sie verläuft vorteilhafterweise meist auch in Hubrichtung des Kolbens eben.The running surface of the web preferably runs in the shape of a circular ring and it advantageously runs mostly in Stroke direction of the piston is flat.

Gegenüber der Kolbenausführung nach der US-PS 2 513 814 zeichnet sich diese Lösung im wesentlichen dadurch aus, daß zum einen der radiale Steg über den gesamten Umfang des unteren Schaftteiles verläuft und nicht nur die Bereiche an den Bolzenaugen erfaßt und daß zum anderen insbesondere die Lauffläche des radialen Steges mit Riefen bzw. Rillen versehen ist.Compared to the piston design according to US Pat. No. 2,513,814 This solution is essentially characterized in that, on the one hand, the radial web over the entire circumference of the lower Shank part runs and not only detected the areas on the bolt eyes and that on the other hand in particular The running surface of the radial web is provided with grooves or grooves.

709812/0553709812/0553

Durch den rundum laufenden Steg mit gegenüber dem übrigen Schaftbereich engerem Spiel zwischen Kolben- und Zylinderlauffläche wird gegenüber dem sich auf der Lauffläche ausbildenden Ölfilm eine gute Abstreifwirkung erzielt und zwar über den gesamten Kolbenumfang. Eine solche Ölabstreifwirkung ist in vielen Fällen erwünscht, um einen möglichst niedrigen Ölverlust zum Zylinderbrennraum hin zu gewährleisten. Zu diesem Zweck wurden auch schon Ölabstreifringe im unteren Schaftbereich angebracht. Einen solchen Kolben zeigt z.B. die DT-OS 21 06 923. Derartige Abstreifringe sind jedoch einmal als zusätzliches Bauteil aufwendig und kompliziert, zum anderen wird durch sie die Schmierung des Kolbenschaftes leicht zu stark behindert. Darüberhinaus kann ein solcher Abstreifring auch nicht zur Führung des Kolbens beitragen.Due to the all-round web with closer play between the piston and cylinder surface compared to the rest of the skirt area a good wiping effect is achieved compared to the oil film that forms on the tread over the entire circumference of the piston. Such an oil wiping effect is desirable in many cases in order to ensure the lowest possible oil loss to the cylinder combustion chamber. to For this purpose, oil control rings have already been attached to the lower shaft area. Such a piston is shown, for example, in the DT-OS 21 06 923. Such scraper rings are, however, on the one hand expensive and complicated as an additional component, on the other hand it can easily hinder the lubrication of the piston skirt too much. In addition, such a wiper ring also do not contribute to the guidance of the piston.

Dies ist vielmehr erst mit dem erfindungsgemäßen Radialsteg möglich. Aufgrund seiner gerieften Lauffläche und seiner Lage am unteren Ende des Kolbenschaftes weit ab von den örtlichen Materialanhäufungen im Bereich der Bolzenaugen läßt sich dort nämlich erst ein gleichmäßig enges Spiel zur Zylinderlauffläche hin über den gesamten Kolbenumfang und während aller Betriebszustände erreichen. Die geriefte Oberfläche wirkt sich in bezug auf die Ölschmierung der Zylinderlauffläche - wie an sich bekannt - günstig aus, so daß stets noch ein minimaler Ölfilm vorhanden bleibt. Die Riefen ermöglichen darüber hinaus in besonders vorteilhafter Weise ein Einarbeiten der Steglauffläche während des Motorbetriebes. Denn der ursprüngliche Traganteil der Steglauffläche liegt ja maximal bei nur etwa 40 %, vorzugsweise sogar nur zwischen 20 und 30 %. Hinzu kommt, daß auch die Steghöhe nur gering ist.Rather, this is only possible with the radial web according to the invention. Because of its grooved running surface and its location at the lower end of the piston skirt far away from the local accumulations of material in the area of the bolt eyes, a uniformly tight clearance to the cylinder running surface over the entire piston circumference and during all operating states can be achieved there. The grooved surface has a favorable effect on the oil lubrication of the cylinder running surface - as is known per se - so that a minimal oil film always remains. The grooves also make it possible, in a particularly advantageous manner, to work in the web running surface during engine operation. Because the original contact area of the web running surface is a maximum of only about 40 %, preferably even only between 20 and 30%. In addition, the height of the web is only small.

Das Versehen der gesamten Lauffläche eines Kolbenschaftes bzw. einzelner sich jedoch zumindest höhenmäßig über größere Längen erstreckender Teilflächen mit Riefen ist bereits vielfach vorgeschlagen und auch praktiziert worden. Es wird hier nur bei-The oversight of the entire running surface of a piston skirt or However, individual partial areas with grooves that extend at least in terms of height over greater lengths have already been proposed many times and also been practiced. It is only used here

709812/0553709812/0553

spielsweise auf die OE-PS 182 906 und DT-PS 20 63 651 hingewiesen. Dort werden bereits die gute Wirkung einer Kolbenlauffläche mit vermindertem Traganteil hinsichtlich eines günstigen Einlaufverhaltens sowie einer optimalen Schmierung der Laufflächen besonders herausgestellt. Zur erfindungsgemäßen Lösung haben diese Erkenntnisse jedoch nicht beitragen können. Denn entscheidend für die technische Überlegenheit des erfindungsgemäßen Kolbens ist in erster Linie die Kombination der Merkmale: umlaufender Radialsteg im unteren Bereich des Kolbenschaftes, Höhe des Steges etwa 5 % bis max. etwa 15 % der Gesamtschaftlänge und mit Rillen versehene Lauffläche des Radialsteges mit einem begrenzten Traganteil.For example, refer to OE-PS 182 906 and DT-PS 20 63 651. There, the good effect of a piston running surface with a reduced contact area in terms of favorable running-in behavior and optimal lubrication of the running surfaces are particularly emphasized. However, these findings have not been able to contribute to the solution according to the invention. The decisive factor for the technical superiority of the piston according to the invention is primarily the combination of features: circumferential radial web in the lower area of the piston skirt, height of the web about 5 % to a maximum of about 15% of the total skirt length and grooved running surface of the radial web with a limited Contact ratio.

Bei einem Versehen größerer Bereiche des Kolbenschaftes mit Rillen ist bei Einhalten eines mit der erfindungsgemäßen Ausbildung erzielbaren engen Spiels zwischen Steg und Zylinderlauffläche das Einlaufen wegen der größeren ursprünglichen Anlauffläche zwischen Kolben und Zylinder erheblich schwieriger oder vielfach ohne Beschädigung der Zylinderlauffläche überhaupt nicht möglich. Wichtig ist nämlich insbesondere der erfindungsgemäß angegebene maximale Traganteil des untersten Kolbenschaftbereiches. Denn bei einem Kippen des Kolbens während des Motorbetriebes ist es ja gerade die untere Kante des Kolbenschaftes, die an der Zylinderlauffläche Beschädigungen und/oder Geräusche hervorruft. Daher ist die erfindungsgemäß gegebene Einlaufhilfe speziell in diesem Bereich besonders wichtig. Die nach der Erfindung vorgesehene kleine und an der entscheidenden Stelle angeordnete Kolbeneinlauf- und Dichtfläche ermöglicht somit erst das erstrebte rasche und beschädigungslose Einlaufen, was bei einem Anlaufen einer größeren Kolbenschaftfläche bei gleichem engen Anfangsspiel nicht möglich wäre. Hinzu kommt, daß die im Bereich der Bolzennaben vorhandenen Materialanhäufungen bei Wärme zu größerer Kolbenausdehnung in diesen Bereichen führen. EinIf larger areas of the piston skirt are mistaken for Grooves is when adhering to one with the invention Training achievable close play between the web and cylinder surface running-in is considerably more difficult because of the larger original contact surface between piston and cylinder or in many cases without damaging the cylinder surface not possible at all. In particular, the maximum contact ratio of the lowest, specified according to the invention, is important Piston skirt area. Because if the piston tilts while the engine is running, it is precisely the lower edge of the piston skirt, the damage to the cylinder running surface and / or causes noises. Therefore, according to the invention The given run-in aid is particularly important in this area. The small one provided according to the invention and the piston inlet and sealing surface arranged at the crucial point thus only enables the desired rapid and damage-free running-in, which occurs when a larger piston skirt surface starts running with the same tight initial clearance would not be possible. In addition, the material accumulations in the area of the pin hubs increase when heated lead to greater piston expansion in these areas. A

709812/0553709812/0553

— β —- β -

gleichmäßiges Spiel zwischen diesen Schaftbereichen und der Zylinderlauffläche läßt sich dort daher nicht ohne weiteres während aller Betriebszustände erreichen. Am Schaftende läßt sich dies in einem höhenmäßig engen Bereich mit den erfindungsgemäßen Mitteln dagegen wider Erwarten einfach und sicher erreichen.even play between these shaft areas and the The cylinder running surface cannot therefore be easily reached there during all operating states. Leaves at the end of the shaft In contrast, in a height-wise narrow area with the means according to the invention, this is, contrary to expectations, easy and reach safely.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung wiedergegeben.An embodiment of the invention is shown in the drawing.

Ein für einen Diesel-Verbrennungsmotor bestimmter Kolben 1 aus einer Al- Si- Aluminiumlegierung mit einem Siliziumanteil von beispielsweise zwischen 11 und 13 % hat einen Durchmesser von 120 mm. Die Schaftlänge beträgt 106 mm. Am oberen Schaftrand hat der Kolben beim Einbau einSpiel von etwa 0,8 mm in Bolzenrichtung und von etwa 0,3 mm in dazu senkrechter Richtung. Die Schaftform ist ballig oval. Der erfindungsgemäße Steg 2 am unteren Schaftbereich weist eine Höhe von 8 mm auf, das entspricht knapp 8 % der Gesamthöhe des Schaftes. Die stegartige Verdickung 2 liegt etwas oberhalb des eigentlichen Schaftendes, da dieses in der unteren Totpunktlage des Kolbens aus der Zylinderbüchse des Motors in das Kurbelgehäuse hineinragt. Das Spiel zwischen der zylindrischen Lauffläche des Steges 2 und der Zylinderlauffläche beträgt 0,06 mm längs des gesamten Schaftumfanges. Die entsprechenden Spiele direkt oberhalb des Steges betragen an der Hauptachse des Ovals 0,14 mm und 0,54 mm an der Ovalnebenachse. Die Lauffläche des Steges 2 ist gestrählt, d.h. hier, sie weist Eillen mit einer Tiefe von 0,1 mm auf. Der Traganteil der fertigen Lauffläche mißt etwa 20 %.A piston 1 intended for a diesel internal combustion engine from an Al-Si aluminum alloy with a silicon content of, for example, between 11 and 13% has a Diameter of 120 mm. The shaft length is 106 mm. At the top edge of the skirt, the piston has a clearance of about 0.8 mm in the direction of the bolt and about 0.3 mm in the direction perpendicular thereto. The shaft shape is convex oval. Of the Web 2 according to the invention on the lower shaft area has a Height of 8 mm, which corresponds to almost 8% of the total height of the shaft. The web-like thickening 2 is slightly above the actual end of the shaft, as this is in the bottom dead center position of the piston from the cylinder liner of the engine protrudes into the crankcase. The play between the cylindrical running surface of the web 2 and the cylinder running surface is 0.06 mm along the entire circumference of the shaft. the corresponding clearances directly above the web are 0.14 mm on the main axis of the oval and 0.54 mm on the secondary axis of the oval. The running surface of the web 2 is steel, i.e. here it has grooves with a depth of 0.1 mm. The bearing part of the finished tread measures about 20%.

109312/0553109312/0553

Claims

25A1579

Expectations

! .Tauchkolben for internal combustion engines, in particular diesel ^ - ^'/ motors, is provided with a piston skirt thickening in the lower shaft region, characterized in that the thickened portion (land) (2) extends over about 5% of the total length of the piston skirt and arranged as low as possible , but in the bottom dead center position of the piston it must still cover a correspondingly long area of the cylinder surrounding the piston, and that it protrudes over the entire circumference of the piston skirt from the remaining part of the piston skirt and on its running surface with grooves of a depth of about 0.1% of the shaft diameter is provided with a remaining contact portion of a maximum of about 40%.

2. plunger according to claim 1, characterized in that that the thickening (2) extends over up to 15% of the total length of the piston skirt.

3. plunger according to claim 1 or 2, characterized in that the supporting portion of the tread of the Web (2) is 20-30%.

4. plunger according to one of the preceding claims, characterized in that the running surface of the Web (2) is circular.

5. Plunger piston according to one of the preceding claims, characterized in that the running surface of the web (2) is flat in the stroke direction of the piston.

4.9.1975

(2.9.1975)
IP-PF / FL

709812/0553709812/0553