DE3036904C2 - Pistons for internal combustion engines - Google Patents

Pistons for internal combustion engines

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Fritz Dipl.-Ing. 8540 Schwabach Rösch
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Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einer an seiner oberen Stirnfläche gebildeten Brennraummulde, deren an dieser Stirnfläche in einer Ebene senkrecht zur Kolbenachse liegender Umfassungsrand eine längliche Kontur aufweist Dabei sind unter dem Umfassungsrand der Brennraummulde die Randkante und der daran anschließende oberste Bereich der Muldenseitenwand zu verstehen. Brennraummulden, deren Umfassungsrand eine längliche Kontur aufweist, sind bei Kolben bekannt (DE-PS 8 94 635 und GB-PS 3 59 934). Der längliche Umfassungsrand hat an den beiden Randenden Halbkreisform und ist dazwischen stellenweise geradlinig ausgebildet. Bei diesen Kolben soll der so ausgebildete Umfassungsrand der Brennraummulde dazu dienen, daß der Kolben im Bereich zwischen den Bolzenaugen keine höhere Temperatur annimmt als im Bereich der Kolbenbolzenaugen (DE-PS 3 94 635) oder dazu, eine Konzentrizität der Brennraummulde mit den Einspritzdüsen bei gleichzeitiger Exzentrizität dieser Mulde in bezug auf die Kolbenachse (GB-PS 359 934) erhalten zu können.The invention relates to a piston for internal combustion engines with a combustion bowl formed on its upper face, whose on this face in a plane perpendicular to The circumferential edge lying on the piston axis has an elongated contour. These are below the circumferential edge of the combustion bowl, the edge and the adjoining uppermost area of the bowl side wall to understand. Combustion bowls, the peripheral edge of which has an elongated contour, are used in pistons known (DE-PS 8 94 635 and GB-PS 3 59 934). The elongated circumferential edge has at the two edge ends Semicircular shape and is straight in places in between. This is how it should be with these pistons formed circumferential edge of the combustion bowl serve that the piston in the area between the Pin eyes does not assume a higher temperature than in the area of the piston pin eyes (DE-PS 3 94 635) or in addition, a concentricity of the combustion bowl with the injection nozzles with simultaneous eccentricity of these Well to be able to get in relation to the piston axis (GB-PS 359 934).

Die an den Rändern von Brennraummulden auftretenden mechanischen und thermischen Spannungen verursachen an bisher bekannten Kolben aufgrund der am Kolbenboden auftretenden hohen Temperaturen Werkstoffermüdungen und in der Folge Risse im Werkstoff. Die thermischen Spannungen werden vom Verbrennungsverfahren, der Anordnung der Aus- und Einlaßventile bzw. von der Anordnung der Einspritzdüsen im Zylinderkopf der Maschine beeinflußt und sind vom Motortyp abhängig. Dagegen sind die mechanischen Spannungen am Brennraunsmuldenrand in ihrer Verteilung und Art (Zug- oder Druckspannung) unabhängig von der Muldenform oder vom Motortyp immer vergleichbar. Konstruktionsbedingt entstehen in den Zonen oberhalb der Kolbenbolzenbohrung am Muldenrand stets durch den Zünddruck hervorgerufene Zugspannungen senkrecht zur Bolzenachse. In denThe mechanical and thermal stresses that occur at the edges of combustion bowls cause on previously known pistons due to the high temperatures occurring at the piston crown Material fatigue and, as a result, cracks in the material. The thermal stresses are from Combustion process, the arrangement of the exhaust and intake valves or the arrangement of the injection nozzles influenced in the cylinder head of the machine and are dependent on the engine type. Against this are the mechanical ones Tensions on the edge of the furnace recess in their Distribution and type (tensile or compressive stress) regardless of the shape of the bowl or the type of engine always comparable. Due to the design, in the zones above the piston pin bore on The bowl edge always causes tensile stresses perpendicular to the bolt axis due to the ignition pressure. In the

κι Zonen des Muldenrandes im Bereich (oberhalb) der Pleuelschwingebene entstehen jedoch senkrecht zu dieser gerichtete Druckspannungen. Diese bei jedem Zündvorgang auftretenden mechanischen Spannungen verursachen zusammen mit den vorgenannten thermisehen Spannungen am Muldenrand im Bereich oberhalb der Kolbenbolzenbohrung die vorerwähnte Werkstoffermüdung, welche die Ursache für bisher entstehende Risse hat
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die erwähnten mechanischen Spannungen an und außerhalb des Muldenrandes des Kolbens durch eine entsprechende Formgebung so weit herabzusetzen, daß das Entstehen von Rissen verhindert bzw. weitestgehend ausgeschaltet wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebene Ausbildung des Umfassungsrandes der Brennraummulde gelöst Dabei kann der Mittelpunkt des elliptischen Umfassungsrandes auf der Kolbenachse oder etwa auf der Kolbenachse sitzen.
However, κι zones of the bowl edge in the area (above) the connecting rod oscillation plane arise perpendicular to this directional compressive stresses. These mechanical stresses occurring with every ignition process, together with the aforementioned thermal stresses on the bowl edge in the area above the piston pin bore, cause the aforementioned material fatigue, which is the cause of the cracks that have developed up to now
The invention is therefore based on the object of reducing the mentioned mechanical stresses on and outside the bowl rim of the piston by appropriate shaping to such an extent that the formation of cracks is prevented or largely eliminated. According to the invention, this object is achieved by the formation of the peripheral edge of the combustion bowl indicated in the characterizing part of claim 1. The center of the elliptical peripheral edge can be located on the piston axis or approximately on the piston axis.

jo In der Zeichnung ist ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kolbens dargestellt, welches im folgenden näher beschrieben wird:jo In the drawing is a particularly advantageous one Embodiment of the piston according to the invention shown, which is described in more detail below will:

F i g. 1 zeigt einen Axialschnitt durch diese Ausführungsform; F i g. 1 shows an axial section through this embodiment;

F i g. 2 ist eine Draufsicht auf die obere Stirnseite dieser Ausführungsform.F i g. Figure 2 is a top plan view of the top of this embodiment.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Kolben 1 mit Bohrung 2 für den Kolbenbolzen eine an der oberen Stirnfläche 4 des Kolbens zentrisch angeordnete, etwa zylindrische Brennraummulde 3. Die sich im oberen Bereich der Brennraummulde parallel zur Kolbenachse erstreckende Seitenwandung 5 der Brennraummulde geht in einer Wölbung in den ebenen Muldenboden 6 über.In the illustrated embodiment, the piston 1 has a bore 2 for the piston pin the upper end face 4 of the piston centrally arranged, approximately cylindrical combustion bowl 3. The in the upper region of the combustion bowl parallel to the piston axis extending side wall 5 of The combustion chamber trough merges into the flat trough bottom 6 in a bulge.

Aus F i g. 2 ergibt sich, daß die Brennraummulde 3 im Bereich der sich parallel zur Kolbenachse 9 erstreckenden Muldenwandung elliptischen Querschnitt hat, so daß auch der Rand der Brennraummulde einenFrom Fig. 2 shows that the combustion bowl 3 extends parallel to the piston axis 9 in the area Bowl wall has an elliptical cross section, so that the edge of the combustion bowl also has a

so derartigen Querschnitt besitzt. Die Abmessungen dieser Ellipse sind so gewählt daß die kürzere Achse X sich parallel zur Achse der Kolbenbolzenbohrung 2 erstreckt. Das Verhältnis der Längen der Achsen X und Y der Ellipse sollte 1 :1,1 bis 1 :1,3 betragen.so has such a cross-section. The dimensions of this ellipse are chosen so that the shorter axis X extends parallel to the axis of the piston pin bore 2. The ratio of the lengths of the X and Y axes of the ellipse should be 1: 1.1 to 1: 1.3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kolben für Verbrennungskraftmaschinen mit einer an seiner oberen Stirnfläche (4) gebildeten Brennraummulde (3), deren an dieser Stirnfläche in einer Ebene senkrecht zur Kolbenachse liegender Umfassungsrand (7) eine längliche Kontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Umfassungsrand (7) der Brennraummulde (3) im wesentlichen elliptische Form mit einem Achsenverhältnis zwischen i : 1,1 und 1 :1,3 hat, wobei die kürzere Ellipsenachse (X) sich parallel zur Achse der Kolbenbolzenbohrung (2) erstreckt.1. Piston for internal combustion engines with a combustion bowl (3) formed on its upper end face (4), the peripheral edge (7) of which on this end face in a plane perpendicular to the piston axis has an elongated contour, characterized in that the peripheral edge (7) of the The combustion bowl (3) is essentially elliptical in shape with an axis ratio between i: 1.1 and 1: 1.3, the shorter axis of the ellipse (X) extending parallel to the axis of the piston pin bore (2). 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Ellipsenachsen (X, Y) zwischen ! : 1,1 undl : 1,2 beträgt2. Piston according to claim 1, characterized in that the ratio of the elliptical axes (X, Y) between! : 1.1 and l: 1.2 3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des elliptischen Umfassungsrandes (7) auf der Kolbenachse (9) sitzt3. Piston according to claim 1, characterized in that the center of the elliptical peripheral edge (7) sits on the piston axis (9)
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