DE2717028A1 - PISTON FOR PISTON PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINES, ESPECIALLY DIESEL ENGINES - Google Patents
PISTON FOR PISTON PISTON INTERNAL COMBUSTION ENGINES, ESPECIALLY DIESEL ENGINESInfo
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Description
Gunter Eisbett Industriestraße 14 8543 Hilpoltstein / BRDGunter Eisbett Industriestrasse 14 8543 Hilpoltstein / FRG
8501 Schwarzenbruck / BRD8501 Schwarzenbruck / FRG
Zustellungsbevollmächtigter: siehe VertreterAuthorized recipient: see representative
maschinen, insbesondere Dieselmotoren machines, in particular diesel engines
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem der Brenngaswärme ausgesetzten Boden und einem diesen mit einem nur Normalkräfte aufnehmenden FUhrungsteil verbindenden Mantel sowie einem am Boden des Kolbens angeschlossenen und Dicht- und AbstreifringeThe invention relates to a piston for reciprocating internal combustion engines, in particular diesel engines, with a floor exposed to the heat of the fuel gas and a this with a guide part that absorbs only normal forces and a jacket at the bottom of the Piston connected and sealing and scraper rings
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aufweisenden Ringträger, welcher über eine im Bereich einer durch den Boden des Kolbens führenden Gerade liegenden Engstelle am Boden des Kolbens angeschlossen ist, und bei welchem Kolben der den Boden mit dem Führungsteil verbindende Mantel an seinem dem Boden abgewandten Ende einen von zwei gabelförmig ausgeführten Schenkeln gebildeten Fuß aufweist, wobei diese Schenkel symmetrisch zu einer durch die Mitte des Kolbens führenden Ebene angeordnet und mit Augen für einen den Fuß mit dem Führungsteil verbindenden Gelenkbolzen ausgestattet sind.having ring carrier, which has one in the area is connected to a straight line leading through the bottom of the piston at the bottom of the piston, and in which piston the jacket connecting the base to the guide part on its face facing away from the base The end has a foot formed by two fork-shaped legs, these legs being symmetrical arranged to a plane leading through the center of the piston and with eyes for the foot with the joint pins connecting the guide part are equipped.
Beim modernen Bau von Hubkolben-Brennkraftmaschinen, wie Diesel- und Ottomotoren, geht man immer mehr dazu über, dem Bauelement "Kolben" eine immer größere Bedeutung beizumessen. War es früher beispielsweise üblich, die Kolben schwer und aufwendig zu bauen, so geht die Tendenz heute immer mehr zum leichten Kolben, bedingt auch durch die immer schneller laufenden Motoren, über, ohne Jedoch Abstriche an der Lebensdauer solcher Kolben hinnehmen zu müssen.In the modern construction of reciprocating internal combustion engines, such as diesel and gasoline engines, more and more is going on about, the component "piston" is becoming more and more important to be measured. For example, if it used to be customary to make pistons difficult and expensive, this is possible the trend today more and more towards light pistons, also due to the ever faster running engines, without having to accept any compromises in terms of the service life of such pistons.
Ein bekannter Kolben für solche schnellaufende Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere für Dieselmotoren, wird im wesentlichen von einem an einem Boden des Kolbens angeschlossenen Ringträger und einem diesen Boden mit einem Fuß verbindenden Mantel gebildet, wobei der Mantel schalenförmig ausgeführt 1st und in sich einen rotationssymmetrischen Brennraum einschließt. Der Brennraum ist bei diesem Kolben, bedingt auch durch die Art des Verbrennungsverfahrens, in zwei Abschnitten unterteilt, von denen der eine Abschnitt, der einer Brennraumöffnung am Boden des Kolbens zugewandt ist, wärmedämmend und der andere, dem Fuß des Kolbens benachbarte Abschnitt, wärmeableitend ausgebildet ist. Um der gewünschten Wärmedämmung hier im verstärkten Maße zuA well-known piston for such high-speed reciprocating internal combustion engines, particularly for diesel engines, is essentially one at a bottom of the piston connected ring carrier and formed this bottom with a foot connecting coat, the Shell is designed in the shape of a shell and encloses a rotationally symmetrical combustion chamber. The combustion chamber is in this piston, due to the type of combustion process, divided into two sections, of which the one section that faces a combustion chamber opening at the bottom of the piston is thermally insulating and the other section adjacent to the foot of the piston is designed to be heat-dissipating. To the desired Thermal insulation here to an increased extent
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dienen, weist der wärmedämmende Abschnitt des Kolbens einen wärmeisolierenden Einsatz auf, und es 1st der Mantel des Kolbens selbst, insbesondere im Bereich des Bodens einerseits und des Fußes dieses Kolbens andererseits, mit Einschnürungen ausgestattet, die eine Drosselung des Wärmeflusses bewirken. Diese Art des Kolbens ermöglicht eine sehr gute Temperierung des Brennraumes nach einem vorgegebenen und dem jeweiligen Verbrennungsverfahren angepaßten Wärmebild, so daß neben einer Optimierung des Verbrennungsablaufes zwischen Kraftstoff und Verbrennungsluft einerseits auch eine geringere Belastung der Dicht- und Abstreifringe am Ringträger andererseits erzielt werden. Kolben dieser Art haben sich bisher hinsichtlich ihrer Eigenschaften in bezug auf das Verbrennungsverfahren und die Beanspruchung deren Dicht- und Abstreifringe gut gewährt, dennoch scheint es angebracht, im Hinblick auf die zunehmende Leistungssteigerung der Brennkraftmaschinen auch deren Statik einer erneuten Überprüfung zu unterwerfen (vgl. Deutsche Patentanmeldung P 25 45 588.3-13).serve, the insulating portion of the piston has a heat insulating insert, and it is the Jacket of the piston itself, especially in the area of the bottom on the one hand and the foot of this piston on the other hand, equipped with constrictions that cause a throttling of the heat flow. That kind of piston enables very good temperature control of the combustion chamber according to a given and the respective combustion process adapted thermal image, so that in addition to an optimization of the combustion process between fuel and combustion air, on the one hand, less stress on the sealing and scraper rings on the ring carrier, on the other hand be achieved. Pistons of this type have so far proven in terms of their properties with respect to the combustion process and the stress on them Sealing and scraper rings well granted, nevertheless it seems it is appropriate, in view of the increasing increase in performance of the internal combustion engines, also their statics subject to a renewed examination (cf. German patent application P 25 45 588.3-13).
Demgemäß liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere einen vorgenannten Kolben dahingehend weiterzubilden, daß seine Statik nicht nur für jeden Kolbendurchmesser einfach bestimmt, sondern auch mit dem geringstmöglichen Materialaufwand ausreichend ermöglicht wird.Accordingly, the invention is based on the object of developing in particular an aforementioned piston to the effect that that its statics are not only simply determined for each piston diameter, but also with the smallest possible Material expenditure is made possible sufficiently.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Kolben der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Mantel des Kolbens zwischen dem Boden und dem Fuß desselben als rotationssymmetrischer Kegel ausgeführt und dieser mit seiner der Basis dieses Kegels zugewandten Stützebene am Boden und mit einer dieser abgewandten weiteren Stutzebene am Fuß des Kolbens angeschlossen ist, undThis object is achieved according to the invention in a piston of the type mentioned in that the jacket of the piston between the bottom and the foot of the same designed as a rotationally symmetrical cone and this with its support plane facing the base of this cone on the ground and with another one facing away from it Support plane is connected to the foot of the piston, and
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daß der Durchmesser der Stutzebene am Boden zum Durchmesser der Stutzebene am Fuß im Verhältnis von etwa 2:1 stehen.that the diameter of the support plane at the bottom to the diameter of the support plane at the foot in a ratio of approximately Stand 2: 1.
Durch diese Maßnahmen wird ein Kolben geschaffen, der nicht nur die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vorteilhaft erfüllt, sondern darüber hinaus aufgrund der weltgehend rotationssymmetrischen Ausbildung seiner einzelnen Abschnitte sehr leicht hergestellt werden kann. Der so gebildete Kolben kann sowohl als Drehteil als auch als Gußteil einfach gestaltet und aufgrund dieser Herstellungsart auch ausgewogener ausgeführt werden. Da dadurch auch das Unwuchten und andere negative Beeinflussungen bei einer solchen Herstellungsart ausgeschaltet werden, kann ein so gefertigter Kolben auch exaktere Laufeigenschaften in einem Zylinder gewährleisten.These measures create a piston which not only fulfills the object on which the invention is based advantageously met, but also due to the globally rotationally symmetrical design of its individual sections can be produced very easily. The piston formed in this way can be used as a turned part as well as a cast part and can also be made more balanced due to this type of production. Since this also eliminates the imbalance and other negative influences in such a production method a piston manufactured in this way can also guarantee more precise running properties in a cylinder.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Kolbens schematisch dargestellt. Es zeigt:In the drawing is an embodiment of the piston shown schematically. It shows:
Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch einen Kolben in der Ebene I-I in Fig. 2 undFig. 1 shows a longitudinal center section through a piston in the plane I-I in Fig. 2 and
Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Kolben gemäß Flg. 1, jedoch vervollständigt.FIG. 2 is a plan view of a piston according to FIG. 1, but completed.
Der Kolben 1 wird im wesentlichen von einem Boden 2 mit einem an diesem sich anschließenden Ringträger 3 sowie einem diese beiden Teile mit einem Fuß 4 des Kolbens verbindenden Mantel 5 gebildet. Der Mantel 5 dieses Kolbens 1 1st dabei als ein rotationssymmetrischer Kegelstumpf ausgeführt, welcher mit seiner Basis dem Boden 2 und mit seinem Kegelstumpf dem Fuß 4 des Kolbens zugewandt ist. An diesem Stumpf des Mantels 5 sind symmetrisch zu einer durch die Mitte des Kolbens 1 führendenThe piston 1 is essentially of a base 2 with an adjoining ring carrier 3 as well a jacket 5 connecting these two parts with a foot 4 of the piston. The jacket 5 of this piston 1 is here as a rotationally symmetrical truncated cone executed, which with its base facing the bottom 2 and with its truncated cone facing the foot 4 of the piston is. At this stump of the shell 5 are symmetrical to a leading through the center of the piston 1
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Längsebene X zwei Schenkel 6, 7 angebracht, welche mit Augen 8, 9 für einen in der Zeichnung nur angedeuteten Gelenkbolzen 10 ausgestattet sind und über die der Kolben mittels des Gelenkbolzens mit einem FUhrungsteil 11 verbunden ist. Das Führungsteil 11, welches vorzugsweise als ein Ring ausgeführt ist, weist neben zweier Lagerstellen 12, 13 für den Gelenkbolzen 10 auch einen nur Normalkräfte auf eine Zylinderwand 14 der Brennkraftmaschine übertragenden Mantel 15 auf, über den der Kolben 1 und hler insbesondere dessen Ringträger 3 an dieser Zylinderwand 14 geführt wird. Durch diese Teilung von Ringträger 3» Mantel 5 mit Boden 2 einerseits und Führungsteil 11 andererseits ist es möglich, den Ringträger 3 von solchen Normalkräften, die schräg zur Zylinderwand 14 wirken, zu entlasten, so daß der Ringträger unter geringerer Beanspruchung seiner Dicht- und Abstreifringe 16, 17 seine ihm eigentümlichen Aufgaben besser wahrnehmen kann.Longitudinal plane X two legs 6, 7 attached, which with Eyes 8, 9 are equipped for a hinge pin 10, which is only indicated in the drawing, and over which the piston is connected to a guide part 11 by means of the hinge pin. The guide part 11, which is preferably is designed as a ring, in addition to two bearing points 12, 13 for the hinge pin 10 also has one only normal forces on a cylinder wall 14 of the internal combustion engine transmitting jacket 15 over which the Piston 1 and, in particular, its ring carrier 3 is guided on this cylinder wall 14. Through this division of ring carrier 3 »jacket 5 with bottom 2 on the one hand and guide part 11 on the other hand, it is possible to To relieve the ring carrier 3 of normal forces acting obliquely to the cylinder wall 14, so that the ring carrier under less stress on its sealing and scraper rings 16, 17 its peculiar tasks can perceive better.
Um einem solchen Kolben 1 auch die eine hohe Lebensdauer ermöglichenden Voraussetzungen hinsichtlich seiner Statik zu verleihen, weist der Mantel 5 des Kolbens 1 nicht nur die vorgenannte kegelförmige Form auf, sondern es stützt sich dieser Mantel am Boden 2 des Kolbens so ab, daß seine diesem Boden zugewandte Stützebene 18 im Bereich des Schwerkreises 19 des Durchmessers 20 des Kolbens an diesem Boden zu liegen kommt. Unter Schwerkreis 19 ist dabei ein Teilkreis um eine Rotationsachse Y des Kolbens 1 zu verstehen, der etwa dem 0,7-fachen des Durchmessers 20 des Kolbens entspricht. Eine zweite Stutzebene 21 des Mantels 5 im Bereich des Fußes 4 des Kolbens 1 liegt in einer Querebene, die zwischen dem Mantel und dem Ansatz der Schenkel 6, 7, d. h. der Wurzeln der Schenkel, verläuft und durch die der Kegelstumpf des Kolbens bestimmt wird. Diese Querebene hat eine durch die Rotationsachse Y gehende Erstreckung,To such a piston 1 also the requirements that enable a long service life with regard to its statics to give, the jacket 5 of the piston 1 not only has the aforementioned conical shape, but it this jacket is supported on the bottom 2 of the piston so that its support plane 18 facing this bottom is in the area of the gravity circle 19 of the diameter 20 of the piston comes to rest on this bottom. Under gravity 19 is to be understood as a pitch circle about an axis of rotation Y of the piston 1, which is about 0.7 times the Diameter 20 of the piston corresponds. A second support level 21 of the shell 5 in the area of the foot 4 of the Piston 1 lies in a transverse plane between the jacket and the approach of the legs 6, 7, d. H. of the roots the leg, runs and through which the truncated cone of the piston is determined. This transverse plane has an extension going through the axis of rotation Y,
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deren Länge 22 etwa dem halben Durchmesser des Schwerkreises 19 bzw. der Stützebene 18 des Hantele 5 am Boden 2 entspricht. Die Stützflächen am Boden 2 und am Fuß 4 des Mantels 5 können vorzugsweise gleiche Flächen haben, so daß sie auch gleichmäßig, insbesondere vom Gasdruck, belastet werden» ohne dabei ein Durchknicken des Mantels 5 zu ermöglichen. In der hier dargestellten Ausführung des Kolbens 1 ist innerhalb des Mantels 5 ein Brennraum 23 angeordnet, und es ist dieser Brennraum der Einfachheit halber kugelförmig ausgeführt. Dies schließt natürlich nicht aus, den Kolben 1 auch ohne Brennraum 23 innerhalb seines Mantels 5 auszuführen. the length 22 of which is approximately half the diameter of the gravity circle 19 or the support plane 18 of the dumbbell 5 on the ground 2 corresponds. The support surfaces on the bottom 2 and on the foot 4 of the casing 5 can preferably have the same surfaces so that they are loaded evenly, especially by gas pressure, »without buckling of the jacket 5 to enable. In the embodiment of the piston 1 shown here, it is inside the casing 5 a combustion chamber 23 is arranged, and this combustion chamber is designed to be spherical for the sake of simplicity. Of course, this does not rule out the possibility of designing the piston 1 within its shell 5 without a combustion chamber 23.
Um einen Wärmefluß vom Brennraum 23, in diesem Fall innerhalb des Mantels 5, auf den Ringträger 3 weitgehend zu unterbinden, ist im Bereich des Schwerkreises 19 am Boden 2 des Kolbens 1 eine ringförmige Engstelle 24 vorgesehen, über die der Ringträger mit dem Boden verbunden ist. Durch diese Wärmedämmung mittels der Engstelle 24 wird der Wärmefluß aus dem Bereich der Mitte des Brennraumes 23 radial nach außen so weit gedrosselt, daß der Ringträger 3 weit weniger von der Verbrennungswärme beansprucht wird, so daß der erste Dichtring 16, der einer durch den Boden 2 gehenden Ebene 25 am nächsten liegt, nur geringfügig weiter von dieser entfernt als die StUtzebene 18 des Mantels 5 am Boden 2 angebracht zu werden braucht. Die Engstelle 24 zwischen Boden 2 und Ringträger 3 selbst liegt im Bereich der StUtzebene 18, in diesem Fall im Bereich des Schwerkreises 19, und weist eine Stärke auf, die geringer als der Abstand 26 des ersten Dichtringes 16 am Ringträger 3 von der besagten Ebene 25 sein kann. In Fällen, in denen der Mantel 5 nur schalenförmig und mit dünnerer Wandstärke ausgeführt wird, die Flächen der Stützebenen 18, 21 am Boden 2 und Fuß 4 des Kolbens 1 aber gleich bis annähernd gleichTo a large extent a heat flow from the combustion chamber 23, in this case within the jacket 5, to the ring carrier 3 to prevent, an annular constriction 24 is provided in the area of the gravity circle 19 on the bottom 2 of the piston 1, via which the ring carrier is connected to the ground. Through this thermal insulation by means of the constriction 24, the heat flow from the area in the middle of the combustion chamber 23 is throttled radially outward so far that that the ring carrier 3 is stressed far less by the heat of combustion, so that the first sealing ring 16, which is closest to a plane 25 passing through the floor 2, only slightly further away from it than the support plane 18 of the shell 5 is attached to the floor 2 needs to become. The narrow point 24 between the bottom 2 and the ring support 3 itself lies in the area of the support plane 18, in this case in the area of the gravity circle 19, and has a thickness that is less than the distance 26 of the first sealing ring 16 on the ring carrier 3 of said plane 25 may be. In cases where the coat 5 only Is executed shell-shaped and with a thinner wall thickness, the surfaces of the support planes 18, 21 on the bottom 2 and But foot 4 of the piston 1 is equal to approximately the same
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sein sollen, ist es auch möglich, lediglich die Stärke der Wand des Mantels derart zu verändern, daß der Querschnitt dieser Wand an der Stützebene 18 am Boden 2 kleiner als der Querschnitt dieser Wand des Mantels 5 an der Stützebene 21 am FuB 4 ist. Die Länge 27 des Mantels 5 selbst reicht zwischen den beiden Stützebenen 18, 21 und ergibt sich durch die Lage des Schwerkreises 19 und durch das Verhältnis der Durchmesser 2Of 22 der durch diese Stutzebenen gehenden Kreise, z. B. 28 und 23, von gleich bis annähernd 2:1.should be, it is also possible to change only the thickness of the wall of the shell in such a way that the cross section of this wall at the support plane 18 at the bottom 2 is smaller than the cross section of this wall of the shell 5 at the support plane 21 at the foot 4. The length 27 of the shell 5 itself extends between the two support planes 18, 21 and results from the position of the gravity circle 19 and the ratio of the diameter 2O f 22 of the circles passing through these support planes, e.g. B. 28 and 23, from equal to approximately 2: 1.
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