DE3144123A1

DE3144123A1 - Light alloy piston

Info

Publication number: DE3144123A1
Application number: DE19813144123
Authority: DE
Inventors: Werner Ing.(Grad.) 7107 Bad Friedrichshall Steidle
Original assignee: Karl Schmidt 7107 Neckarsulm GmbH; Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Kolbenschmidt AG
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1983-05-19

Abstract

In the case of a light alloy piston with combustion chamber trough arranged in the piston head, the edge of the trough is reinforced by an insert (10) composed of a copper alloy coated with a ferrous layer and provided with expansions filled with the piston material. In order to cater for particularly high stresses on the edge of the combustion chamber trough in the connecting rod oscillation plane, the recesses of the insert are each applied over a range of 10 to 35 DEG on both sides of the planes running at an angle of 45 DEG to the connecting rod oscillation plane.

Description

Leichtmetallkolben Light alloy pistons

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für NKW-Dieselmotoren mit Direkteinspritzung und im Kolben angeordneter Brennraummulde, deren Rand durch ein über eine intermetallische Zwischenschicht mit dem Kolbengrundkörper verbundenes, aus einer Kupferlegierung bestehendes, ringförmiges Einsatzteil, dessen Thermoschockbeständigkeit und Festigkeit größer sind als die des Leichtmetallkolbenwerkstoffes, bewehrt ist, wobei gemäß DE-PS ... (Patentanmeldung P 31 19 113.4) das mit einer chemisch oder galvanisch abgeschiedenen Eisenschicht überzogene Einsatzteil, mit vom Kolbenboden her angebrachten mit dem Kolbenwerkstoff ausgefüllten Ausnehmungen versehen ist.The invention relates to a light metal piston for commercial vehicle diesel engines with direct injection and a combustion bowl located in the piston, the edge of which is through one connected to the piston body via an intermetallic intermediate layer, A ring-shaped insert made of a copper alloy, its thermal shock resistance and strength are greater than that of the light metal piston material, is reinforced, whereby according to DE-PS ... (patent application P 31 19 113.4) with a chemically or Electroplated iron layer coated insert, with from the piston crown Her attached recesses filled with the piston material are provided.

Bei dem aus der DE-PS ...(Patentanmeldung P 31 19 113.4) bekannten Leichtmetallkolben erstrecken sich die in dem Einsatzteil angebrachten mit dem Kolbenwerkstoff gefüllten Ausnehmungen jeweils beidseitig der Pleuelschwingebene über einen Winkelbereich von bis zu 450, wobei der Kolbenboden in diesen Bereichen mit einer Harteloxalschicht abgedeckt ist. Durch diese Maßnahmen soll eine solche Spannungsverteilung am Rand der Brennraummulde erreicht werden, daß die intermetallische Zwischenschicht zwischen dem Einsatz teil und dem Kolbengrundkörper nicht zerstört und damit die Gefahr des Lockerwerdens des Einsatzteils nicht gegeben ist sowie der Rand der Brennraummulde rißfrei bleibt. Es hat sich jedoch gezeigt, daß abhängig von der Kolbenkonstruktion außergewöhnlich große Spannungsunterschiede am Rand der Brennraummulde von mehreren hundert Prozent auftreten können. Solche Spannungsunterschiede können aber nicht nur durch ein entsprechendes Konstruktionsprinzip abgedeckt werden. In Fällen, in denen die Feuersteghöhe relativ hoch, der Rand der Brennraummulde rund statt oval, die Tiefe der Brennraummulde gering ist und/oder der Kolbenschaft eine vergleichsweise geringe Steifigkeit aufweist, können die am Rand der Brennraummulde in Pleuelschwingebene auftretenden Druckspannungen so groß sein, daß der Boden des Leichtmetallkolbens, selbst wenn dieser durch eine Harteloxalschicht bewehrt ist, die Beanspruchungen nicht mehr aufnehmen kann.In the case of the DE-PS ... (patent application P 31 19 113.4) known Light metal pistons, those attached in the insert part, extend with the piston material filled recesses on both sides of the connecting rod oscillation plane over an angular range of up to 450, the piston crown in these areas with a hard anodized layer is covered. These measures are intended to distribute such stress at the edge the combustion bowl can be achieved that the intermetallic intermediate layer between the insert part and the piston body is not destroyed and thus the danger the loosening of the insert is not given and the edge of the combustion bowl remains crack-free. It has been found, however, that this depends on the piston design exceptionally large voltage differences at the edge of the combustion bowl from several one hundred percent can occur. Such differences in tension cannot, however can only be covered by an appropriate construction principle. In cases in where the top land height is relatively high, the edge of the combustion bowl is round instead of oval, the depth of the combustion bowl is small and / or the piston skirt is comparatively low has low rigidity, the at the edge of the combustion bowl in the connecting rod oscillation plane occurring compressive stresses be so great that the bottom of the light metal piston, even if this is reinforced by a hard anodized layer, the stresses can no longer absorb.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindungen bei Leichtmetallkolben der eingangs beschriebenen Bauart, bei denen die Spannungen am Rand der Brennraummulde in Pleuelschwingungsebene besonders groß sind, den Leichtmetallkolben so zu gestalten, daß Risse in der intermetallischen Zwischenschicht oder am Rand der Brennraummulde vermieden werden.It is the object of the present inventions for light metal pistons of the type described above, in which the stresses at the edge of the combustion bowl are particularly large in the connecting rod oscillation plane, to design the light metal piston in such a way that that cracks in the intermetallic intermediate layer or on the edge of the combustion bowl be avoided.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß sich die Ausnehmungen des Einsatzteils beidseitig der unter einem Winkel von 450 zur Pleuelschwingebene bzw. zur Ebene der Bolzenachse verlaufenden Ebene jeweils über einen Bereich von 10 bis 350 erstrecken.The solution to this problem is that the recesses of the insert on both sides at an angle of 450 to the connecting rod oscillation plane or to the plane of the bolt axis extending over a range of 10 to 350 range.

Im Rahmen der besonderen Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Höhe der Ausnehmung 1/3 bis 1/4 der Höhe des Einsatzteils.In the context of the special embodiment of the invention, the height is the recess 1/3 to 1/4 of the height of the insert part.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß auf dem Unfang des Randes der Brennraummulde, ein für den Kolbenwerkstoff und den Werkstoff des Einsatzteiles günstiger Spannungsverlauf erzielt wird. Die Spannungen in der intermetallischen Zwischenschicht infolge Biegung werden durch die Schwächung des Widerstandsmomentes wesentlich verringert.The invention achieves that on the perimeter of the edge of the Combustion bowl, one for the piston material and the material of the insert favorable voltage curve is achieved. The tensions in the intermetallic Interlayer as a result of bending are weakened by the moment of resistance significantly reduced.

Durch das Umgießen des Einsatzteils besteht eine zusätzliche Sicherung hinsichtlich der Lockerung durch die im Motorbetrieb auftretenden Massenkräfte.Casting around the insert provides an additional safeguard with regard to the loosening by the inertia forces occurring during engine operation.

Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1: eine Draufsicht auf den Kolbenboden Fig. 2: einen Längsschnitt durch den Kolbenkopf entlang der Pleuelschwingebene Fig. 3: einen Längsschnitt durch den Kolbenkopf entlang der unter einem Winkel von 450 zur Pleuelschwingebene verlaufenden Ebene.The invention is illustrated by way of example in the drawings and is explained in more detail below. They show: FIG. 1: a plan view of the piston crown Fig. 2: a longitudinal section through the piston head along the connecting rod oscillation plane. 3: a longitudinal section through the piston head along the at an angle of 450 to the connecting rod oscillation plane.

Im Kolbenboden 7 des Leichtmetallkolbens 8 ist die Brennraummulde 9 angeordnet, deren Rand mit einem ringförmigen, aus einer Kupferlegierung des Typs CuCoBe bestehenden Einsatzteil 10 bewehrt ist, das mit dem Kolben 8 über eine intermetallische Zwischenschicht verbunden ist. In Richtung der Ebene der Bolzenachse I und der Pleuelschwingebene II ist der Rand der Brennraummulde beidseitig der beiden Ebene durch das Einsatzteil 10 gebildet, während beidseitig der unter einem Winkel von 450 zur Pleuelschwingebene II verlaufenden Ebenen das Einsatzteil 10 jeweils mit einer Ausnehmung 11 versehen ist, die mit Kolbenwerkstoff ausgefüllt ist.The combustion chamber bowl is located in the piston crown 7 of the light metal piston 8 9 arranged, the edge of which with an annular, made of a copper alloy of the type CuCoBe existing insert part 10 is reinforced with the piston 8 via an intermetallic Interlayer is connected. In the direction of the plane of the bolt axis I and the connecting rod oscillation plane II is the edge of the combustion bowl on both sides of the two levels through the insert 10, while on both sides at an angle of 450 to the connecting rod swing plane II extending planes the insert part 10 each provided with a recess 11 which is filled with piston material.

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Claims

PÅTENTANSPRUCHE b, light metal piston (8) for commercial vehicle diesel engines with Direct injection and in the piston head (7) arranged combustion bowl (9), the Edge through an intermetallic intermediate layer with the piston round body connected annular insert (10) made of a copper alloy, whose thermal shock resistance and strength are greater than the piston material, is reinforced, according to DE-PS *. (Patent application 31 19 113.4) with a chemically or an electroplated iron layer coated insert from the piston As a result, it has recesses (11) filled with the piston material characterized in that the recesses (11) of the insert part (lo) on both sides the one at an angle of 450 to the plane (I) of the pin axis or connecting rod oscillation plane (11) extending planes each extend a range from lo to 350

2. Light alloy pistons according to claim 1, characterized in that the height of the recesses (11) in each case 1/3 to 1/4 of the height of the insert part (10).

3. Light metal piston according to claims 1 and 2, characterized in that that the piston head (7) in the area of the recesses (11) with a hard anodized layer is covered.