DE3600749A1

DE3600749A1 - Bolt bearing for pistons for internal combustion engines and compressors

Info

Publication number: DE3600749A1
Application number: DE19863600749
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schieber
Original assignee: Kolbenschmidt AG
Current assignee: Kolbenschmidt AG
Priority date: 1986-01-14
Filing date: 1986-01-14
Publication date: 1987-07-16

Abstract

In the case of pistons, the bolt bearing in the hubs is critical, in particular at the end of the piston bolts, in the region where they are secured against longitudinal displacement. The reason for this is that the entry of oil into the bearing gap is concealed by these securing means and thus insufficient lubrication and wear occurs. According to the invention, oil spaces are provided in the critical region inside the securing means and are supplied with oil from the crank space via channels from the inside of the piston, for example from cooling spaces, the oil ring grooves or oil pockets. More uniform distribution of the lubrication film pressure over the entire bore region in the piston avoids wear and hub fractures under critical load.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Kolben für Viertakt- Brennkraftmaschinen und Verdichter, mit einem in den Kolbenaugen schwimmend gelagerten Kolbenbolzen.The invention relates to a piston for four-stroke Internal combustion engines and compressors, with one floating in the piston eyes Piston pin.

Bei derartigen Kolben ist die Lagerung eine kritische Stelle, die sich oftmals, durch Verschleiss oder sogenannte Nabenspaltbrüche im brennraumseitigen Scheitel der Bohrungen im Kolben, als Belastungs bezw. Lebensdauerbegrenzung darstellt.The storage of such pistons is critical Spot that is often worn or worn out so-called hub gap breaks in the combustion chamber Vertex of the holes in the piston, as a load respectively. Represents lifetime limitation.

Aufgrund der pro Arbeitsspiel relativ kleinen Schwenkbewegung in Kolbenbolzenumfangsrichtung ist der Aufbau eines tragfähigen Schmierfilmes nicht erreichbar.Due to the relatively small swivel movement per work cycle the structure is in the piston pin circumferential direction a stable lubricating film cannot be reached.

Die Ölversorgung ist nur dadurch möglich, dass beispielsweise in der brennraumseitigen Hauptbelastungszone, sich in bekannterweise der Kolbenbolzen zyklisch von der Lagerfläche im Kolben abhebt, dadurch einen Spalt bildet in den benachbartes Öl eindringen kann. Das bei der Spaltbildung entstehende Vakuum fördert den Ölfluss in diesen Spalt und eine Füllung entsprechend dem an den Spaltenden vorhandenen Ölvolumen.The oil supply is only possible, for example, that in the main load zone on the combustion chamber side, in known manner the piston pin cyclically lifts from the bearing surface in the piston, thereby one Gap forms in which neighboring oil can penetrate. The vacuum created during the gap formation promotes the oil flow into this gap and a filling accordingly the volume of oil present at the ends of the crevices.

Bei bekannten Kolbenausführungen wurden teilweise Massnahmen ergriffen die sich in Bezug auf ein Ausfallkriterium vorteilhaft auswirken, aber einen anderen Schaden früher eintreten lassen.In known piston designs were partially Measures were taken in relation to a failure criterion beneficial, but another Allow damage to occur earlier.

Beispielsweise werden heute im Allgemeinen von den Stirnseiten der Kolbenbolzennaben zur Bolzenlauffläche im Kolben, Verrundungen, Schrägen, oder/und trompetenförmige Aufweitungen angebracht. Diese bewirken eine Verringerung des Strömungswiderstandes bei der zyklischen Spaltbildung und ergeben eine gute Ölfüllung in diesem Bereich. Metallischer Kontakt zwischen Bolzen und Nabenoberfläche und somit Verschleiss, werden vermieden. Als Nachteil dieser verschleissmindernden Massnahme sind häufig bei Grenzbelastung Materialzerstörungen, sogenannte Nabenspaltbrüche, deren Ausgang innerhalb der Lauffläche liegt, festzustellen. Hervorgerufen werden derartige Spaltbrüche durch Spannungskonzentration im Bereich der partiell dicken Ölschicht, bei Weiterleitung der Gaskräfte.For example, today, in general, the End faces of the piston pin hubs to the pin running surface in the piston, roundings, bevels, or / and trumpet-shaped widenings attached. These cause a reduction in flow resistance in the cyclic gap formation and result a good oil filling in this area. Metallic Contact between the pin and the hub surface and thus wear and tear are avoided. As a disadvantage of this wear-reducing measure are often material destruction at limit loads, so-called hub gap breaks, whose The exit lies within the tread. Such cracks are caused due to stress concentration in the partial thick oil layer, when the gas forces are passed on.

Bekannt sind seitliche Öltaschen (Slots) die bei ausreichendem Ölvolumen die Spaltlinie in Bolzenlängsrichtung mit Öl versorgen. Die dabei erreichte Flächenvergrösserung der tragfähigen Ölschicht, reduziert im Nabenscheitel die Spitzenspannungen entsprechend und verschiebt die Funktionsgrenze nach oben.Side oil pockets (slots) are known at sufficient oil volume the gap line in the longitudinal direction of the bolt supply with oil. The achieved thereby Enlargement of the load-bearing oil layer, reduces the peak voltages in the center of the hub accordingly and shifts the functional limit up.

Durch konisch oder trompetenförmig in Richtung Nabenstirnseite aufgeweitete Kolbenbolzennaben oder korrespondierende Verringerung des Kolbenbolzenaussendurchmessers, wird zeitlich begrenzt, ebenfalls eine Reduzierung der Spitzenspannungen im vorderen Nabenbereich erzielt. Nachteilig wirkt sich dabei die Verlagerung der Belastung in Richtung Kolbenbolzenende aus. In dieser Zone liegen die ungünstigsten Schmierverhältnisse vor. Bewirkt ist dies primär durch heute allgemein übliche Kolbenbolzenverschiebesicherung mittels Seeger oder beispielsweise Sprengringe. Durch diese wird zwangsweise der Spalt zwischen Bolzen und Bohrung überdeckt und damit ist eine ausreichende Ölversorgung nicht gegeben. Als Folge starker Verschleiss in dieser Zone, teils in der Bohrung und bevorzugt an den Laufflächenenden des Kolbenbolzens, reduzieren den im Neuzustand konischen Spalt zwischen den Laufpartnern und führen letzlich wieder zum Nabenspaltbruch.Through conical or trumpet-shaped towards the hub end widened piston pin hubs or corresponding reduction in the piston pin outer diameter, is limited in time, too a reduction of the peak voltages in the front hub area achieved. Has a disadvantage the shift of the load towards Piston pin end out. Lie in this zone the worst lubrication conditions. Works this is primarily due to the common practice today Piston pin displacement safety device using Seeger or for example snap rings. Through this necessarily the gap between the bolt and the bore covered and thus there is an adequate oil supply not given. As a result of heavy wear in this zone, partly in the hole and preferred at the tread ends of the piston pin, reduce the conical gap between when new the running partners and ultimately lead again to the hub gap break.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, durch geeignete Massnahmen Ölräume zu schaffen, die eine gleichmässige Öl- und damit Spannungsverteilung ergeben. Ferner einen verschleissvermeidenden Schmierzustand zwischen den Laufpartnern herzustellen.The object of the present invention is through appropriate measures to create oil spaces that a uniform oil and thus voltage distribution surrender. Furthermore, a wear-preventing Establish lubrication between the running partners.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass im Endbereich der Kolbenbolzen, beziehungsweise innerhalb der im Kolben angeordneten Sicherungsringe, Ölräume geschaffen sind die über Kanäle, Nuten, Freilegungen u. s. w. mit Schmieröl aus dem Kurbelraum versorgt sind und diese als Reservoir zur ausreichenden Ölversorgung, der bis heute üblichen Mangelschmierzone, dienen.The solution to this problem is that in End area of the piston pin, or within the circlips arranged in the piston, Oil spaces are created through channels, grooves, Exposures and s. w. with lubricating oil from the crankcase are supplied and these serve as a reservoir sufficient oil supply, which is still common today Lack of lubrication zone.

Effekt dieser Neuerung ist aber nicht nur die Vermeidung von Verschleiss, mit den vorbeschriebenen Folgen, vielmehr treten bei vergleichbarer Gasdruckbelastung früher festgestellte Schädigungen wie zum Beispiel Nabenspaltbrüche nicht mehr auf. In der Herstellung teuere und in den Auswirkungen nicht nur positiv zu beurteilende Massnahmen, wie z. B. trompetenförmig erweiterte Bohrungen, oder sogenannte Formbolzen, werden vermieden.The effect of this innovation is not just avoidance of wear, with the above Consequences, rather occur at comparable gas pressure loads previously identified damage such as hub gaps no longer open. Expensive to manufacture and impact not only positive measures, such as e.g. B. trumpet-shaped enlarged holes, or so-called shaped bolts are avoided.

Bei heute allgemein üblichen Kolben/Bolzendurchmesserverhältnissen hat sich eine Erstreckung des Ölraumes, incl. zum Beispiel Übergangsverrundung, von 5% vom Kolbenaussendurchmesser, als ausreichend gezeigt. Die Umfangserstreckung soll, Brennraumseitig liegend, minimal dem doppelten Pleuelausschlagwinkel entsprechen.With piston / pin diameter ratios common today has an extension of the Oil space, including for example transition rounding, of 5% of the piston outer diameter, as sufficient shown. The circumferential extension should be on the combustion chamber side lying, at least twice the connecting rod deflection angle correspond.

Die Ölversorgung des Ölraumes muss ohne wesentliche Beeinflussung durch die Sicherungsringe erfolgen. Ausführungsformen sind beispielsweise Ölbohrungen oder Ausnehmungen von der Kolbenaussenfläche ausgehend. Von Ölkühlräumen im Ringfeldbereich, über seitlich in Bolzenlängsrichtung angeordnete Öltaschen (Slots), oder von der Kolbeninnenform ausgehende Ölleitvorrichtungen.The oil supply to the oil room must be without essential Influenced by the circlips. Embodiments are, for example, oil holes or recesses starting from the piston outer surface. From oil cooling rooms in the ring field area, over Oil pockets arranged laterally in the longitudinal direction of the bolt (Slots), or from the inner shape of the piston outgoing oil guiding devices.

Im folgenden sind Ausführung und Funktion, teilweise dem Stand der Technik gegenüber Vergleichend, zeichnerisch beispielhaft dargestellt und beschrieben.In the following, execution and function are partial Comparative to the state of the art, graphic illustrated and described by way of example.

In Fig. 1 ist ein Tauchkolben für Brennkraftmaschinen mit 1 gekennzeichnet. Die rechte Hälfte zeigt eine Variante für höhere Spitzenleistung mit Ringkühlraum 2 zur Absenkung der Brennraum 3 und Ringzonentemperatur 4. Erfindungsgemäss angeordnete Ölräume 5 und 5 a liegen umlaufend innerhalb der z. B. Seegerringe 6. Der Ölraum 5 a ist erzeugt durch eine Verbreiterung der Rille zur Aufnahme des Seegerringes 6. Die Fixierung der Sicherungsringe nach innen stellt der, in dieser Fig. nicht gezeichnete, Kolbenbolzen mit seinen Stirnseiten sicher. Zur Verringerung des Strömungswiderstandes bei der Versorgung der Lagerzone 7 mit Schmieröl, ist beispielsweise eine Schräge 8 oder bezw. und eine Verrundung 9 vorgesehen. Die Ölzufuhr ist auf der linken Seite der Darstellung durch eine Bohrung 10 vom Kolbeninnenraum sichergestellt. Rechtsseitig wird das Schmieröl direkt vom Ölkühlraum 2 dem Ölraum 5 a zugeleitet. Die bekannte, nur im vorderen Lagerbereich wirksame, in Verbindung mit dem Kolbenbolzen keilförmige Eindrehung, ist mit 12 nummeriert.In Fig. 1, a plunger for internal combustion engines is identified by 1 . The right half shows a variant for higher peak performance with ring cooling chamber 2 to lower combustion chamber 3 and ring zone temperature 4 . Oil spaces 5 and 5 a arranged according to the invention are circumferentially within the z. B. snap rings 6 . The oil chamber 5 a is produced by widening the groove for receiving the circlip 6 . The locking of the circlips inwards is ensured by the piston pin, not shown in this figure, with its end faces. To reduce the flow resistance when supplying the bearing zone 7 with lubricating oil, for example, a slope 8 or respectively. and a rounding 9 is provided. The oil supply is ensured on the left side of the illustration through a bore 10 from the interior of the piston. On the right side, the lubricating oil is fed directly from the oil cooling chamber 2 to the oil chamber 5 a . The well-known, only in the front bearing area effective, in connection with the piston pin wedge-shaped recess, is numbered 12 .

Fig. 2 stellt einen Kolbenteilschnitt vertikal durch ein Kolbenbolzenlager dar. Die erfindungsgemäss angeordnete Ölnute 2 ist sichelförmig, über einen Umfangsbereich von ca. 40%, an den Enden auslaufend angeordnet. Die Zylinderwand 3 bildet zusammen mit der Ölringunterseite 4 und der Kolbenabflachung einen Ölraum 5, von dem über die Bohrung 6 der Ölraum 2 sehr wirksam mit Öl versorgt wird. Fig. 2 illustrates a piston part vertical section through a piston pin bearing. The present invention arranged oil grooves 2 is crescent-shaped, arranged auslaufend over a circumferential area of approximately 40% at the ends. The cylinder wall 3 forms together with the oil ring underside 4 and the piston flattening an oil chamber 5 , from which the oil chamber 2 is very effectively supplied with oil via the bore 6 .

Fig. 3, Teilschnitt ähnlich Fig. 2, zeigt eine Ölraumgestaltung 1, die zusammen mit der in diesen Bereich zu legenden Stossöffnung des Sicherungsringes, wirkungsvoll genug sein kann. Ökonomisch ist diese Ausführungsart sehr interessant, da sie z. B. fertiggegossen, keinerlei mech. Bearbeitung erfordert. Fig. 3, partial section similar to Fig. 2, shows an oil chamber design 1 , which together with the butt opening of the locking ring to be placed in this area, can be effective enough. Economically, this embodiment is very interesting because B. cast, no mech. Editing requires.

Fig. 4 ist die Kolbenbolzenbohrungsansicht in Pfeilrichtung 1 der Darstellung in Fig. 5. Die Öltaschen (Slots) im Querschnitt in Fig. 4 mit 2 und in der Ansicht in Fig. 5 mit 3 bezeichnet, sind sehr gut geeignet den z. B. ringförmigen Ölraum 4, von der Nabenstirnseite aus mit Öl zu versorgen. Die Bohrung 5 unterstützt eine Ölzirkulation im Nabenbereich. Fig. 4, the gudgeon pin bore view in direction of arrow 1 of illustration, in FIG. 5. The oil pockets (slots) in cross-section in Fig. 4 by 2 and in the view in Fig. 5 indicated by 3, are very well suited to such. B. annular oil chamber 4 , from the hub end with oil. The bore 5 supports oil circulation in the hub area.

Fig. 6 zeigt den Teilschnitt eines Bolzenlagers 1, Bolzenteil 2 und Sicherungsring 3. Die Bezeichnung 4 kennzeichnet einen Ölraum der teils in den Kolben eingearbeitet, teils am Bolzen abgearbeitet ist. Die Ölzufuhr erfolgt dabei z. B. über eine Bohrung 5 aus dem Raum 6, hinter dem Ölabstreifring 7. Fig. 6 shows a partial section of a pin bearing 1, pin member 2 and securing ring 3. The designation 4 designates an oil chamber which is partly worked into the piston and partly worked off on the pin. The oil supply takes place z. B. via a bore 5 from space 6 , behind the oil ring 7th

Fig. 7 zeigt strichpunktiert eine charakteristische Schmierfilmdruckverteilung 1, wie sie bei bekannter Ölversorgung über den Raum 2, zwischen kleinem Pleuelauge 3, und Nabenstirnseite 4, vorliegt. Durch Einführung des erfindungsgemässen Ölraumes 5, am Ende des Kolbenbolzens 6, verändert sich bei gleicher Gasdruckbelastung die Schmierfilmdruckverteilung entsprechend der mit 7 bezeichneten Darstellung. Die Absenkung der Druckspitzen um den Betrag 8 ermöglicht entsprechend höhere Gasdruckbelastung oder aber eine Verkleinerung der Lagerfläche. Letzteres ist gleichzusetzen mit einer Reduzierung der bewegten Massen. FIG. 7 shows a dot-dash line of a characteristic lubricating film pressure distribution 1 , as is the case with a known oil supply via the space 2 , between the small connecting rod eye 3 and the hub end face 4 . By introducing the oil chamber 5 according to the invention, at the end of the piston pin 6 , the lubricating film pressure distribution changes in accordance with the illustration denoted by 7 with the same gas pressure load. The reduction of the pressure peaks by the amount 8 enables a correspondingly higher gas pressure load or a reduction in the storage area. The latter is equivalent to a reduction in the masses moved.

Claims

1. plunger for internal combustion engines and compressors, with a piston pin arrangement which is floating in the piston pin eyes, and at the end by Seeger or z. Example snap rings in the axial direction is fixed against shifting, characterized in that an oil collecting space is created in the zone of the respective piston pin end, by means of which, when the piston pin is lifted off the piston chamber surface on the combustion chamber side, lubricant oil is supplied or supplied into the gap that is created. is drawn in.

2. Piston-pin combination according to claim 1, characterized in that this oil collecting space through known supply bores, Channels or the like. Is supplied with lubricating oil.

3. Piston-pin design according to claim 1 and 2, characterized in that this oil collecting space in the piston, in the pin, or partly in the Piston and piston pin is mounted.

4. Piston-pin design according to claims 1-3, characterized in that the transition from Oil collecting space to the bearing tread, in itself known rounded, wedge-shaped, or one Combination of both features accordingly is.

5. Piston-pin design according to claims 1-4, characterized in that the piston side intended oil collection space, only one Part of the pin hub circumference extends.