DE3511836C1 - Built-up reciprocating piston of an internal combustion engine - Google Patents
Built-up reciprocating piston of an internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen gebauten, aus einem Kolbenoberteil und einem mit diesem durch Spannschrauben verbundenen Kolbenunterteil bestehenden Hubkolben einer Brennkraftmaschine, mit Einzelmerkmalen, wie im Oberbegriff des Anspruches 1 angegeben.The invention relates to a built, from a piston upper part and a with this by clamping screws connected piston lower part existing reciprocating piston of an internal combustion engine, with individual features, as indicated in the preamble of claim 1.
Ein solcher gebauter Hubkolben ist aus der DE-PS 33 03 984 bekannt. Ein solcher Kolben ist zur Verdeutlichung seiner Nachteile in den Fig. 1 und 2 dargestellt. Dabei besteht der gebaute, insgesamt mit 1 bezeichnete Hubkolben einer Brennkraftmaschine aus einem Kolbenoberteil 2 und einem mit diesem durch nicht dargestellte Spannschrauben verbundenen Kolbenunterteil 3. Mit 4 ist der Kolbenboden und mit 5 die Außenwand des Kolbenoberteiles 2 und mit 6 die Außenwand des Kolbenunterteils 3 bezeichnet. Ferner ist an diesem Hubkolben 1 ein Kolbenringpaket vorhanden, das aus mehreren Kolbenringen 7,8,9,10 besteht, von denen wenigstens einer, nämlich der Kolbenring 10 in einer Ringnut 11 des Kolbenunterteiles 6 und die anderen in Ringnuten 12,13,14 des Kolbenoberteiles 2 eingesetzt sind. Die Kolbenoberteil 2 ist mit der Unterkante 15 der Außenwand 5 auf der Oberkante 16 der Außenwand 6 des Kolbenunterteiles 3 abgestützt. Vor dieser senkrecht zur Kolbenlängsachse stehenden Auflageebene der beiden Hubkolbenteile ist ein radial umlaufender Ringspalt 17 gegeben, der durch eine Hinterschneidung der Unterkante 15 der Außenwand 5 des Kolbenoberteils 2 und eine Hinterschneidung der Oberkante 16 der Außenwand 6 des Kolbenunterteiles 3 gebildet ist. Im bekannten Fall ist der Ringspalt 17 durch nach der Fertigung zueinander parallele Flanken gekennzeichnet. Außerdem ist die obere Ringflanke 18 der ersten im Kolbenunterteil 3 angeordneten Ringnut 11 um das Maß Xvon der unteren Flanke 19 des Ringspaltes 17 beabstandet. Die obere Flanke des Ringspaltes ist mit 20 bezeichnet.Such a built reciprocating piston is known from DE-PS 33 03 984. Such a piston is shown in FIGS. 1 and 2 to illustrate its disadvantages. The built reciprocating piston of an internal combustion engine, denoted as a whole by 1, consists of an upper piston part 2 and a lower piston part 3 connected to it by clamping screws (not shown) . Furthermore, a piston ring package is present on this reciprocating piston 1, which consists of several piston rings 7, 8,9,10, of which at least one, namely the piston ring 10 in an annular groove 11 of the piston lower part 6 and the others in annular grooves 12,13,14 of the Piston upper part 2 are used. The upper piston part 2 is supported with the lower edge 15 of the outer wall 5 on the upper edge 16 of the outer wall 6 of the lower piston part 3. In front of this support plane of the two piston parts, which is perpendicular to the longitudinal axis of the piston, there is a radially circumferential annular gap 17 which is formed by an undercut of the lower edge 15 of the outer wall 5 of the upper piston part 2 and an undercut of the upper edge 16 of the outer wall 6 of the lower piston part 3. In the known case, the annular gap 17 is characterized by flanks which are parallel to one another after manufacture. In addition, the upper ring flank 18 of the first ring groove 11 arranged in the piston lower part 3 is spaced apart from the lower flank 19 of the annular gap 17 by the dimension X. The upper flank of the annular gap is denoted by 20.
Bei diesem bekannten gebauten Hubkolben ergeben sich im Betrieb folgende Nachteile. Der Ringspalt 17 füllt sich während des Betriebes mit unverbrannten, relativ harten Verbrennungsrückständen, dem sogenannten Koks, auf — was in F i g. 2 durch die kreuz-schraffierte Füllung des Ringspaltes 17 angedeutet ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine wirkt auf diese Kolbenbereiche eine Kraft ein, die in F i g. 2 durch einen Pfeil 21 angedeutet ist. Infolge der Koksauffüllung des Ringspaltes 17 wird diese Kraft (Pfeil 21) nach außen zur Kante der Flanke 19 hin geleitet. Es ergibt sich ein Moment Pa, was zu Rissen im Kolbenunterteil 3, und zwar infolge von Zugspannungen im Bereich 22 und infolge von Stauchungen im Bereich 23, führen kann.This known built reciprocating piston has the following disadvantages during operation. The annular gap 17 fills during operation with unburned, relatively hard combustion residues, the so-called Coke, on - what in Fig. 2 is indicated by the cross-hatched filling of the annular gap 17. Operational of the internal combustion engine, a force acts on these piston areas which is shown in FIG. 2 by an arrow 21 is indicated. As a result of the coke filling of the annular gap 17, this force (arrow 21) becomes the edge towards the outside the flank 19 directed towards. There is a moment Pa, which leads to cracks in the piston lower part 3, as a result of tensile stresses in area 22 and as a result of compression in area 23.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Hubkolben derart zu verbessern, daß eine Koksbildung im radial außen sich an die Auflagefläche von Kolbenober- und -unterteil anschließenden Ringspalt und damit auch die Rißbildungsgefahr im Stegbereich des Kolbenunterteils zwischen Ringspalt und oberster Kolbenringnut vermieden wird.It is therefore the object of the invention to provide a generic To improve reciprocating piston in such a way that a coke formation in the radially outside on the bearing surface of the piston upper and lower part adjoining the annular gap and thus also the risk of cracking in the land area of the piston lower part between the annular gap and the uppermost piston ring groove is avoided.
Diese Aufgabe ist bei einem Hubkolben der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ringspalt einen keilförmigen Querschnitt aufweist und dessen obere und/oder untere Flanke unter einem Winkel a. von etwa 5 bis 30° schräg zur Auflageebene von Kolbenoberteil und Kolbenunterteil geneigt ist.This object is achieved according to the invention in a reciprocating piston of the type mentioned in that the annular gap has a wedge-shaped cross section and its upper and / or lower flank at an angle α. is inclined from about 5 to 30 ° to the support plane of the piston upper part and piston lower part.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Hubkolbens besteht dann die vorteilhafte Möglichkeit, die Höhe X des Steges zu verkleinern, das heißt die erste Ringnut im Kolbenunterteil soweit zum Ringspalt hin zu verschieben, daß der Abstand Xe (s. F i g. 4) zwischen der Außenkante der unteren Flanke des Ringspaltes und der oberen Flanke der ersten Ringnut im Kolbenunterteil kleiner als das Maß X und mit ATe=ca. (V2 bis V3) Xzu realisieren ist.Due to the inventive design of the reciprocating piston, there is then the advantageous possibility of reducing the height X of the web, that is, to move the first annular groove in the piston lower part towards the annular gap so that the distance X e (see Fig. 4) between the The outer edge of the lower flank of the annular gap and the upper flank of the first annular groove in the lower piston part is smaller than dimension X and with AT e = approx. (V2 to V3) X is to be implemented.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Ringspaltes werden harte Verbrennungsrückstände, die in ihn während des Maschinenbetriebes eintreten, infolge der keilförmigen Querschnittsform desselben immer aus diesem wieder herausgedrückt, und zwar durch die unvermeidbare Aufeinanderzubewegung der beiden Flanken des Ringspaltes, die sich aufgrund der Deformation insbesondere des Kolbenoberteiles durch Einwirkung der Zünddrücke ergibt. Weil aber die unverbrannten Verbrennungsrückstände den Ringspalt bei der erfindungsgemäßen Konstruktion nie vollständig zusetzen können, können diese Rückstände auch nie eine zu große Kraft auf den zwischen dem Ringspalt und der ersten Ringnut im Kolbenunterteil verbleibenden Ringsteg ausüben, so daß eine Rißbildung durch die erfindungsgemäße Konstruktion wirksam vermieden wird. Da mithin keine negativen Biegespannungen im mit Xe markierten Steg auftreten können, bleibt auch die obere Flanke 18 der ersten Ringnut 11 im Kolbenunterteil 3 weitgehend eben, d. h. eine Vertwistung zwischen oberer und unterer Flanke des Ringspaltes findet nicht statt.Due to the design of the annular gap according to the invention, hard combustion residues that enter it during machine operation are always pushed out of it again due to the wedge-shaped cross-sectional shape of the same, through the inevitable movement of the two flanks of the annular gap towards one another, which is due to the deformation, in particular of the piston upper part Effect of the ignition pressures results. But because the unburned combustion residues can never completely clog the annular gap in the construction according to the invention, these residues can never exert too great a force on the annular land remaining between the annular gap and the first annular groove in the piston lower part, so that cracking is effectively avoided by the construction according to the invention will. Since no negative bending stresses can occur in the web marked X e , the upper flank 18 of the first annular groove 11 in the piston lower part 3 also remains largely flat, ie there is no twisting between the upper and lower flanks of the annular gap.
Nachstehend ist die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung, dort in den Fig.3 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben.The invention is illustrated below with reference to several in the drawing, there in FIGS. 3 to 5 Embodiments described in more detail.
In den F i g. 3 bis 5 sind, um einen besseren Vergleich zu ermöglichen, Teile des erfindungsgemäßen Kolbens, die gleich mit dem in F i g. 1 dargestellten bekannten Kolben sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the F i g. 3 to 5 are, in order to enable a better comparison, parts of the piston according to the invention, which is the same as in FIG. 1 shown known pistons are provided with the same reference numerals.
Erläutert sind deshalb nachfolgend auch nur die Unterschiede des erfindungsgemäßen zum bekannten Hubkolben.Therefore, only the differences between the invention and the known are explained below Reciprocating piston.
Aus den F i g. 3, 4 und 5 ist dabei ersichtlich, daß der Ringspalt 17 einen keilförmigen Querschnitt aufweist. Dabei ist im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 3 die untere Flanke 19 des Ringspaltes 17 um einenFrom the F i g. 3, 4 and 5 it can be seen that the annular gap 17 has a wedge-shaped cross section. In the case of the exemplary embodiment according to FIG. 3 the lower flank 19 of the annular gap 17 by one
Winkel oc von etwa 5 bis 30° schräg zur Auflageebene 15, 16 von Kolbenoberteil 2 und Kolbenunterteil 3 geneigt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.4 ist die obere Flanke 20 des Ringspaltes 17 um einen Winkel oc von etwa 5 bis 30° schräg zur Auflageebene 15,16 von Kolbenoberteil 2 und Kolbenunterteil 3 geneigt. Beim Aüsführungsbeispiel gemäß F i g. 5 ist sowohl die obere Flanke 20 als auch die untere Flanke 19 des RingspaltesAngle oc of about 5 to 30 ° inclined to the support plane 15, 16 of piston upper part 2 and piston lower part 3. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the upper flank 20 of the annular gap 17 is inclined at an angle α of approximately 5 to 30 ° relative to the support plane 15, 16 of the upper piston part 2 and the lower piston part 3. In the embodiment according to FIG. 5 is both the upper flank 20 and the lower flank 19 of the annular gap
17 jeweils schräg unter einem Winkel oc von etwa 5 bis 30° zur Auflageebene 15,16 von Kolbenoberteil 2 und Kolbenunterteil 1 geneigt.17 each inclined at an angle oc of about 5 to 30 ° to the support plane 15, 16 of the upper piston part 2 and the lower piston part 1.
Wie ferner aus den F i g. 3 bis 5 im Vergleich zu F i g. 1 ersichtlich, ist die erste Ringnut 11 im Kolbenunterteil 3 dort weiter zum Ringspalt hin angeordnet, soweit, daß der Abstand Xe zwischen der Außenkante 24 der unteren Flanke 19 des Ringspaltes 17 und der oberen FlankeAs also from FIGS. 3 to 5 compared to FIG. 1, the first annular groove 11 in the piston lower part 3 is arranged there further towards the annular gap, to the extent that the distance X e between the outer edge 24 of the lower flank 19 of the annular gap 17 and the upper flank
18 der ersten Ringnut 11 im Kolbenunterteil 3 kleiner als das Maß X des Steges beim bekannten Kolben ist und etwa (V2 bis '^ATbetragt.18 of the first annular groove 11 in the piston lower part 3 is smaller than the dimension X of the web in the known piston and amounts to approximately (V 2 to '^ AT.
2020th
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Claims (1)
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