DE2646922A1 - SUBMERSIBLE PISTON - Google Patents
SUBMERSIBLE PISTONInfo
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Description
KARL SCHMIDT GMBH Ffm> f 15.10.1976KARL SCHMIDT GMBH Ffm> f 10/15/1976
Postfach 20 £, DrQ/OKuP.O. Box £ 20, DrQ / OKu
7107 Neckarsulm7107 Neckarsulm
Prοv.Nr. 7935 KSPrοv.Nr. 7935 KS
TauchkolbenPlunger
Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben mit mehreren im Ringfeld angeordneten, die Kolbenringe aufnehmenden, Ringnuten.The invention relates to a plunger piston with several arranged in the ring field, the piston rings receiving, Ring grooves.
Aufgabe der Kolbenringe ist es, den Verbrennungsraum gegen den Kurbelgetrieberaum abzudichten, die Wärmeleitung vom Kolben zur Zylinderwand zu unterstützen und den Ölhaushalt des Motors zu regeln. Das setzt voraus, daß diese mit ihrem Umfang dicht an der Zylinderwand und mit einer Ringflanke an der Kolbennutenflanke anliegen. Die radiale Anlage wird im allgemeinen durch die eigene Federkraft bewirkt, die durch den hinter den Ring tretenden Gasdruck unterstützt wird. Die achsiale Anlage wird durch den Gasdruck und die Beschleunigungskräfte bestimmt und kann zwischen der unteren und der oberen Ringflanke wechseln.The task of the piston rings is to seal off the combustion chamber from the crank gear chamber, the heat conduction from the To support the piston to the cylinder wall and to regulate the oil balance of the engine. That assumes that this is with their The circumference is tight against the cylinder wall and with an annular flank against the flank of the piston groove. The radial attachment will generally caused by its own spring force, which is supported by the gas pressure emerging behind the ring will. The axial system is determined by the gas pressure and the acceleration forces and can vary between the lower and change the upper ring flank.
Die Bedingungen, unter denen die Kolbenringe arbeiten sind sehr ungünstig. Verursacht durch Massen- und Gaskräfte vollführen die Ringe achsiale Bewegungen. Im Motorbetrieb nehmen Kolben und Zylinder infolge schwankender Last und dementsprechend wechselndem Wärmeanfall laufend neue Durchmesser an, darüber hinaus haben Zylinderbüchsen, selbst von wassergekühlten Motoren, im Betrieb einen konischen Innenverlauf.The conditions under which the piston rings work are very unfavorable. Perform caused by mass and gas forces the rings axial movements. During engine operation, the piston and cylinder decrease due to fluctuating load and accordingly With changing heat build-up, the cylinder liners also have new diameters, even water-cooled ones Engines, a conical inner course when in operation.
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Beide Arten von Durchmesserveränderungen müssen vom Kolbenring, der sich dabei radial zusammenzieht und wieder aufgeht, ausgeglichen werden. Zusätzlich ergibt sich durch das "Kolbenkippen" beim Gleitbahnwechsel eine Schrägstellung der Kolbenlängsachse gegenüber der Zylinderachse. Die Dichtflächen der Ringe liegen dabei schräg an der Laufwand.Both types of diameter changes must be caused by the piston ring, which contracts radially and opens again, be balanced. In addition, the "piston tilting" when changing the slideway results in an inclined position of the Longitudinal piston axis opposite the cylinder axis. The sealing surfaces of the rings are inclined on the barrel wall.
Bei schlechter Anlage oder Abheben der Ringe steigen Gasdurchlass und Ölverbrauch an; örtliche Überhitzungen an Kolbenringen, Kolbenschaft und Laufbuchse sind die Folge des Durchb'lasens von heißen Verbrennungsgasen. Verkokung des Schmieröls, festgehende Ringe und Kolbenfresser sind weitere Folgeerscheinungen.In the event of a poor installation or lifting of the rings, gas permeability and oil consumption increase; local overheating of piston rings, The piston skirt and liner are the result of hot combustion gases being blown through. Coking of the Lubricating oil, seizing rings and piston seizure are further consequences.
Darüber hinaus ist die Menge der vom Verbrennungsraum zum Kurbelgetrieberaum durchblasenden Verbrennungsgase vom Einbau- und Laufspiel der Ringstege des Kolbens abhängig; denn ein zu großes Spiel der Ringstege führt zu einem starken Anstieg des Gasdurchlasses. Das Spiel der Ringstege soll andererseits reichlich bemessen sein, da sich in diesen Partien noch unvorhergesehen hohe Temperaturen, verursacht z.B. durch Schaden am Einspritzsystem stark auswirken. Hinzu kommen die schlechtaiSchmierverhältnisse, der Einfluß der vorbeistreichenden heißen Verbrennungsgase wie auch die Ablagerung von Verbrennungsrückständen .In addition, the amount of combustion gases blown through from the combustion chamber to the crank gear chamber depends on the installation and running play of the ring webs of the piston dependent; because too much play of the ring webs leads to a sharp rise of the gas passage. On the other hand, the play of the ring webs should be ample, because in these areas unexpectedly high temperatures, e.g. caused by damage to the injection system. Then there are the bad lubrication conditions, the influence of the passing hot combustion gases as well as the deposits of combustion residues.
Es ist deshalb das Bestreben, das Spiel der Kolbenringe und das Spiel der Ringstege so aufeinander abzustimmen, daß ein möglichst niedriger Ölverbrauch bei ausreichender Schmierung der gleitenden Teile und gleichzeitig ein möglichst kleiner Gasdurchlass erzielt werden.It is therefore the aim to match the play of the piston rings and the play of the ring lands so that a The lowest possible oil consumption with sufficient lubrication of the sliding parts and, at the same time, the smallest possible Gas passage can be achieved.
Es ist deshalb in der US-PS 3 463 057 vorgesehen, den Durchmesser des Feuersteges kleiner als seiner thermischen Belastung entsprechend notwendig auszuführen. Durch diese MaßnahmeIt is therefore provided in US Pat. No. 3,463,057, the diameter of the top land smaller than its thermal load accordingly necessary. By this measure
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wird der Spalt zwischen" dem Feuersteg und der Zylinderwand vergrößert, so daß der volle Druck der Verbrennungsgase an der kolbenbodensextigen Flanke des ersten Kolbenringes und hinter dem Kolbenring selbst wirksam wird, wodurch eine größere Druckdifferenz zwischen dem Bereich oberhalb und unterhalb des ersten Kolbenringes entsteht. Die vergrößerte Druckdifferenz hat zur Folge, daß der erste Kolbenring fest an der unteren Flanke der ersten Kolbenringnute anliegt und die Lauffläche des Kolbenringes an die Zylinderwand angepreßt ist.becomes the gap between "the top land and the cylinder wall increased so that the full pressure of the combustion gases on the flank of the piston crown sextigen of the first piston ring and acts behind the piston ring itself, creating a greater pressure difference between the area arises above and below the first piston ring. The increased pressure difference has the consequence that the first The piston ring rests firmly against the lower flank of the first piston ring groove and the running surface of the piston ring rests against the Cylinder wall is pressed.
Durch diesen Effekt unterliegt der zwischen den gleitenden Teilen vorhandene Ölfilm einem stärkeren Druck, der eine kleinere Ölfilmdicke erzeugt und damit einen geringeren Ölverbrauch hervorruft. Der Nachteil dieses Standes der Technik besteht darin, daß durch die Druckerhöhung an der kolbenbodenseitigen Flanke des Kolbenringes dieser einer erhöhten mechanischen Belastung unterliegt. Ferner hat die Verkleinerung des Durchmessers des Feuersteges gegenüber dem Kolbendurchmesser eine Temperaturerhöhung im Bereich des Kolbenkopfes zur Folge.Due to this effect, the oil film between the sliding parts is subject to greater pressure, the one produces a smaller oil film thickness and thus causes lower oil consumption. The disadvantage of this prior art consists in the fact that the increase in pressure on the flank of the piston ring on the side of the piston crown results in an increased mechanical Subject to load. Furthermore, the diameter of the top land has been reduced compared to the piston diameter result in a temperature increase in the area of the piston head.
In der DT-PS 20 26 272 ist ein Kolben beschrieben, bei dem unterhalb der ersten Kolbenringnute eine weitere Nute .angeordnet ist, die als Ölsammelnute dient und nur gegen die Zylinderwand offen ist. Wenn auch nicht ausdrücklich erwähnt, so wird durch diese Ölsammelnute auch eine .Änderung der Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Kolbenringnute bewirkt. Bei der Kolbenbewegung wird das in der Ölsammelnute befindliche Öl über den Hubbereich hin und her bewegt, d.h. gegenüber bekanntaaKolbenbauarten wird dem ersten Kolbenring mehr Öl angeboten, so daß sich die Dicke des auf der Zylinderwand anhaftenden Ölfilmsvergrößert, was einen erhöhten Ölverbrauch zur Folge hat. Im übrigen wurde bei dem aus dieserDT-PS 20 26 272 describes a piston in which a further groove is arranged below the first piston ring groove which serves as an oil collecting groove and is only open against the cylinder wall. Even if not explicitly mentioned, so there is also a change in the pressure difference through these oil collecting grooves causes between the first and second piston ring grooves. When the piston moves, this is in the oil collecting groove oil is moved back and forth over the stroke range, i.e. compared to knownaa piston types, the first piston ring offered more oil, so that the thickness of the oil film adhering to the cylinder wall increases, which leads to increased oil consumption has the consequence. Incidentally, this became from this
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Druckschrift bekannten Kolben schon mehrfach ein Flattern des zweiten Kolbenrings - hervorgerufen durch die oberhalb des Kolbenrings vorhandene, als Drosselsteile wirkende Ölsammelnute - beobachtet. Ringflattern ist die in ihrer Auswirkung kritischste Erscheinung, da hierbei die Abdichtung gegenüber den Verbrennungsgasen und dem Öl zusammenbricht.Known piston already several times a fluttering of the second piston ring - caused by the above the piston ring existing oil collecting grooves acting as throttle parts - observed. Ring flutter is the most critical phenomenon in terms of its effect, as it is the seal collapses against the combustion gases and the oil.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Kolben der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß sich zwischen der ersten und zweiten Kolbenringnute eine Druckdifferenz aufbaut, die in ihrer Wirkung einen optimalen Kompromiß zwischen Gasdurchlaß und Ölverbrauch ermöglicht.It is the object of the present invention to provide the piston of to be designed in such a way that there is a pressure difference between the first and second piston ring grooves which allows an optimal compromise between gas passage and oil consumption.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Stirnfläche des ersten Ringsteges unterhalb seiner kolbenbodenseitigen Flanke radial zurückgesetzt ist.The solution to this problem is that the end face of the first ring land below its piston bottom side Flank is set back radially.
Im Rahmen der besonderen Ausbildung des Erfindungsgedankens beträgt die Zurücksetzung der Stirnfläche des ersten Ringsteges, zumindest im Bereich der kolbenschaftsäitigen Ringstegflanke, wenigstens 0,325 % des Kolbennenndurchmessers.In the context of the special embodiment of the inventive concept, the setback of the end face of the first ring land, at least in the area of the ring land flank on the piston shaft, is at least 0.325 % of the nominal piston diameter.
Die Zurücksetzung der Stirnfläche des Ringstegs erfolgt durch eine im Querschnitt etwa rechteckige Ausnehmung, die sich von der kclbenschaftseitigen Ringstegflanke wenigstens über 90 % der Höhe des Ringstegs erstreckt.The end face of the ring web is set back by means of a recess which is approximately rectangular in cross section and which extends from the ring web flank on the connector shaft side at least over 90 % of the height of the ring web.
Die Ausnehmung kann jedoch auch,an der Kante der kolbenbodenseitigen Ringstegflanke beginnend, konisch gestaltet sein.However, the recess can also be at the edge of the piston bottom side Ring land flank beginning to be conical in shape.
Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Stirnseite des ersten Ringsteges wird das Spaltvolumen zwischen Kolben und gegenüberliegender Zylinderwand vergrößert und damit der Druck der Verbrennungsgase an der kolbenschaftseitigen FlankeThe inventive design of the end face of the first ring land, the gap volume between the piston and opposite cylinder wall increases and thus the pressure of the combustion gases on the flank on the piston skirt side
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des ersten Kolbenringes im Gegensatz zum Stand der Technik verringert. Das bedeutet, daß bei niedrigem Druckniveau eine der Abdichtung dienende erhöhte Druckdifferenz erzielt wird. Ferner wird durch die Erfindung eine Erhöhung der Temperatur des Kolbenkopfes vermieden.of the first piston ring is reduced in contrast to the prior art. This means that at a low pressure level an increased pressure difference serving for sealing is achieved. Furthermore, an increase in the Avoided temperature of the piston head.
Auch wird verhindert, daß Öl hin- und hergeschleppt wird, vielmehr wird dem der Ölverbrauchssteuerung dienende Kolbenring in der zweiten Ringnute, der an seiner Laufflächenunterkante anliegt und in Richtung zum Verbrennungsraum einen Abstand zur Zylinderwand hat, Öl angeboten, damit dieser bei der Bewegung in Richtung zum Brennraum darüber hinweggleiten kann.It also prevents oil from being dragged back and forth, rather, the piston ring serving to control the oil consumption is located in the second ring groove, the one on its lower edge of the running surface is applied and has a distance to the cylinder wall in the direction of the combustion chamber, oil is offered so that it is at the movement in the direction of the combustion chamber can slide over it.
Ferner wird der im Bereich des ersten Ringsteges verringerte Druck der Verbrennungsgase auf den zweiten Kolbenring voll wirksam, so daß sich auch für diesen Kolbenring noch eine ausreichende Druckdifferenz zwischen den Flanken ergibt.Furthermore, the pressure of the combustion gases on the second piston ring, which is reduced in the area of the first ring land, becomes full effective, so that there is still a sufficient pressure difference between the flanks for this piston ring.
Die konische Ausbildung der Stirnseite des ersten Ringsteges hat sich,insbesondere bei Kolben mit zwei Kolbenringen, d.h. einem Verdichtungs- und einem Ölabstreifring, bewährt.The conical design of the end face of the first ring land has proven itself, especially in the case of pistons with two piston rings, i.e. a compression ring and an oil control ring.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielhaft dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert.The invention is shown by way of example in the drawing and is explained in more detail below.
In Fig. 1 ist in einer ausschnittsweisen Darstellung eines Längsschnittes durch den Kolben 1 das Ringfeld mit den drei Kolbenringnuten 2,3 und 4 wiedergegeben, wobei der zwischen den Kolbenringnuten 2 und 3 bestehende Ringsteg 5 auf eine Höhe von 90 % von der kolbenschaftseitigen Ringstegflanke her durch Anbringen einer Ausnehmung 5 radial um 0,325 % des Kolbennenndurchmessers zurückgesetzt ist.In Fig. 1, the ring field with the three piston ring grooves 2, 3 and 4 is shown in a partial representation of a longitudinal section through the piston 1, the ring land 5 existing between the piston ring grooves 2 and 3 at a height of 90 % from the ring land flank on the piston skirt side is set back radially by 0.325 % of the nominal piston diameter by making a recess 5.
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Fig. 2 zeigt in einer ausschnittsweisen Darstellung eines Längsschnittes durch den Kolben 7 das Ringfeld mit den
Kolbenringnuten 8 und 9· Der zwischen den Kolbenringnuten
8,9 vorhandene Ringsteg 10 ist durch Anbringen einer sich von der Kante der kolbenbodenseitigen Ringstegflanke erstreckenden konischen Ausnehmung 11 radial zurückgesetzt,
wobei der Betrag der Zurücksetzung an der kolbenschafseitigen Ringstegflanke 0,325 % des Kolbennenndurchmessers
beträgt.Fig. 2 shows a partial representation of a longitudinal section through the piston 7, the ring field with the
Piston ring grooves 8 and 9 The ring land 10 between the piston ring grooves 8, 9 is set back radially by attaching a conical recess 11 extending from the edge of the ring land flank on the piston crown side, the amount of set back on the ring land flank on the piston head side being 0.325 % of the nominal piston diameter
amounts to.
PatentansprücheClaims
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