DE3606269C1

DE3606269C1 - Lubrication for a piston of a reciprocating piston internal combustion engine

Info

Publication number: DE3606269C1
Application number: DE19863606269
Authority: DE
Inventors: Jordan Dipl-Ing Gentscheff
Original assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1986-02-27
Filing date: 1986-02-27
Publication date: 1987-08-13

Abstract

On the bottom edge of an oil scraper ring groove 22 of the piston of a reciprocating piston internal combustion engine, recesses 25 are fitted in the peripheral areas above the piston pin bosses, by means of which recesses excess oil is drained off or partially diverted by way of exit recesses 29 on the upper edge of the oil scraper ring groove 22 to the piston bearing face and minor thrust face.

Description

Die Erfindung betrifft die Schmierung für einen mittels eines Kolbenbolzens an einer Pleuelstange befestigten Kolben einer mit innerer Verbrennung arbeitenden Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer Ringnut zur Aufnahme eines Ölabstreifringes und mit einem Ölsammelraum hinter dem Ölabstreifring zur Aufnahme und Ableitung des überschüssigen Öles.The invention relates to the lubrication by means of a Piston pin with a piston attached to a connecting rod Reciprocating internal combustion engine with internal combustion an annular groove for receiving an oil scraper ring and with a Oil collection chamber behind the oil scraper ring for intake and drainage of the excess oil.

Die hohen Zünddrücke verursachen an den Kolben von selbstzündenden Tauchkolben-Brennkraftmaschinen im Betrieb wachsende Verformungen, die man vorab in der Fertigung durch eine stärkere Ovalisierung des Kolbenhemdes im Bereich der Kolbenbolzenaugen zu neutralisieren versucht. Hierdurch soll ein Fressen des Kolbens unter der Verformung der Betriebskräfte verhindert werden. Diese Ovalisierung hat jedoch die unerwünschte Begleiterscheinung, daß aufgrund der aus der Kinematik des Kurbeltriebs resultierenden unterschiedlichen Belastung und Spaltweite zwischen Kolbenhemd und Zylinderwand Öl von der Kolbenlauf- und Gegendruckseite zu den wenig belasteten und mit größerem Spiel arbeitenden Umfangsbereichen auf der Seite der Kolbenbolzenaugen verdrängt wird. Diese Ölverdrängung ist nachteilig. Zum einen wird zuviel Öl von der stark belasteten Kolbenlauf- und Gegendruckseite abgestreift, wo es zur Ausbildung des hydrodynamischen Schmierfilms benötigt wird. Zum anderen bilden sich in den Umfangsbereichen über den Kolbenbolzenaugen Ölansammlungen, die aufgrund des mit der Kolbengeschwindigkeit im Quadrat wachsenden Staudrucks die Ölabstreifringe zusammenpressen. Hierdurch steigt der Ölverbrauch, da sich Öl zwischen Abstreifring und Zylinderwand hindurchquetscht und in Richtung Verbrennungsraum wandert. Weiterhin wird durch diese radial einwärts gerichtete elastische Verformung des Ölabstreifrings eine umgekehrte, radial auswärts gerichtete Verformung desselben auf der Kolbenlauf- und Gegendruckseite erzeugt und dadurch der Anpreßdruck in diesen Ölarmen, stark belasteten Bereichen noch erhöht, wodurch es partiell zu Misch- bzw. gar Trockenreibung kommt.The high ignition pressures on the pistons cause self-igniting plunger internal combustion engines in operation growing deformations, which can be greater ovalization of the piston shirt in the area of Tried to neutralize piston pin eyes. This is supposed to Eating of the piston under the deformation of the operating forces be prevented. However, this ovalization has the undesirable one Accompanying phenomenon that due to the kinematics of the Crank drive resulting different loads and Gap width between piston skirt and cylinder wall oil from the Piston running and counter pressure side to the little loaded and with larger game working peripheral areas on the side of the Piston pin eyes is displaced. This oil displacement is disadvantageous. On the one hand, too much oil is contaminated by the Piston barrel and back pressure stripped where it is used for training of the hydrodynamic lubricating film is required. On the other hand form in the peripheral areas above the piston pin eyes Oil accumulations that occur due to the piston speed in the The oil control rings press together. This increases the oil consumption because there is oil squeezed between the scraper ring and cylinder wall and in Moves towards the combustion chamber. It continues through this radially inward elastic deformation of the Oil control ring an inverted, radially outward facing Deformation of the same on the piston run and counter pressure side generated and thereby the contact pressure in these oil arms, strong contaminated areas, making it partially mixed or even dry friction comes.

Aus der DE-PS 9 27 544 ist es bekannt, in einem Abstand unterhalb vom Ölabstreifring und oberhalb im Abstand von den Bolzenaugen Ausnehmungen an der Kolbenwand vorzusehen und diese durch Ablauföffnungen mit dem Kolbeninneren zu verbinden. Damit soll ein gezielter Abbau des Staudrucks auf den Kolbenbolzenseiten erzielt werden. Für einen im Bereich der Kolbenbolzenaugen stark ovalisierten Kolben kann der gewünschte Effekt mit der dort gezeigten Lösung nicht erreicht werden. Bei einem solchen Kolben kämen die Ausnehmungen in der Kolbenwand aufgrund des vergrößerten Spiels gar nicht nahe genug an die Zylinderwand heran, um dort Öl abstreifen zu können. Der Abstand der Ausnehmungen zur Unterkante des Kolbenringes ist dort außerdem so groß, daß der Staudruck der von der Unterkante des Ringes vor sich hergeschobenen Ölmenge nicht wirkungsvoll abgebaut werden kann. Ein Zusammenquetschen des Ringes mit den eingangs erwähnten Nachteilen wäre unausbleiblich.From DE-PS 9 27 544 it is known at a distance below from the oil control ring and above at a distance from the pin eyes Provide recesses on the piston wall and this through Connect drain openings to the inside of the piston. With that a targeted reduction of the dynamic pressure on the piston pin sides be achieved. For one strong in the area of the piston pin eyes ovalized pistons can have the desired effect with that there shown solution can not be achieved. With such a piston would the recesses in the piston wall due to the enlarged game not close enough to the cylinder wall to be able to strip off oil there. The distance of the Recesses to the lower edge of the piston ring is also there large that the back pressure of the from the lower edge of the ring in front amount of oil pushed in cannot be effectively broken down can. A squeezing of the ring with those mentioned above Disadvantages would be inevitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schmierung eines Kolbens so zu gestalten, daß beanspruchungsgerechte Schmierölmengen in den verschieden belasteten und mit unterschiedlichem Spiel arbeitenden Umfangsbereichen des Kolbens zur Verfügung gestellt werden.The invention has for its object the lubrication of a To design pistons so that they meet the demands Lubricating oil quantities in the differently loaded and with different play working peripheral areas of the piston to provide.

Diese Aufgabe wird bei Anwendung der Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht einen sicheren, verschleißarmen Betrieb einer Brennkraftmaschine bei optimalem Schmierölverbrauch.This task is performed when the characteristics in the indicator of Claim 1 solved. The solution according to the invention enables safe, low-wear operation of an internal combustion engine with optimal lubricating oil consumption.

Teilelemente aus dem kennzeichnenden Teil der Erfindung sind in folgendem Umfang bekannt:Sub-elements from the characterizing part of the invention are in known extent:

Die GB-PS 3 64 787 offenbart eine Ringnut zur Aufnahme eines Ölabstreifringes, die in den Umfangsbereichen über den Kolbenbolzenaugen Aussparungen aufweist. Diese Aussparungen reichen von der Unterkante der Ringnut bis um die Kolbenbolzenaugen herum und münden an ihren seitlichen Flanken in mehrere übereinander angeordnete, sich über die übrigen Umfangsbereiche erstreckende Ölverteilungsrillen. Mit dieser bekannten Anordnung wird die Ansammlung von Öl in den oberhalb und unterhalb der Kolbenbolzenaugen liegenden Umfangsbereichen aufgrund der Größe und Lage der Aussparungen eher gefördert, als daß eine Umverteilung auf die belasteten Kolbenlauf- und Gegendruckseite bewirkt würde. Falls überhaupt Schmieröl in die gegenüber der Aussparung sehr engen Ölverteilungsrillen gelangt, so bleibt die Schmierung immer noch auf die Flächen unterhalb des Ölabstreifringes begrenzt; die Flächen um die oberen Kompressionsringe bleiben auf jeden Fall von einer zusätzlichen Schmierung ausgenommen.GB-PS 3 64 787 discloses an annular groove for receiving a Oil scraper ring, which in the peripheral areas over the Piston pin eyes have recesses. These recesses range from the bottom edge of the ring groove to around the Piston pin eyes around and open in on their side flanks several stacked one on top of the other Oil distribution grooves extending circumferentially. With this known arrangement is the accumulation of oil in the above and circumferential areas lying below the piston pin eyes due to the size and location of the recesses rather than that a redistribution to the loaded piston barrel and Back pressure side would cause. If at all lubricating oil in the very narrow oil distribution grooves compared to the recess, so the lubrication remains on the surfaces below the Oil scraper ring limited; the areas around the top Compression rings definitely remain from an additional one Except lubrication.

Aus der DE-OS 30 05 720 ist ein Schmiersystem für den Zylinder einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine vorzugsweise zwischen Ölabstreifring und Kolbenbolzenbohrung in der Kolbenwand vorgesehene Schmiernut über mit dem Kolbeninneren verbundene Zuführkanäle mit Schmiermittel versorgt wird. In einer Ausführungsform ist dabei auch eine gezielte Verteilung auf die Kolbenlauf- und Gegendruckseite vorgesehen, was durch eine Beschränkung der Ausdehnung der Schmiernut auf die entsprechenden Umfangsbereiche bewirkt wird. Bei dieser Anordnung wird jedoch kein Schmieröl umverteilt, d. h. die eingangs beschriebenen Nachteile durch Ölansammlungen über den Kolbenbolzenaugen werden nicht vermieden, sondern lediglich zusätzliches Schmieröl auf die belasteten Flächen gebracht, wodurch eine Reduzierung des Schmierölverbrauchs nicht möglich ist.DE-OS 30 05 720 is a lubrication system for the cylinder an internal combustion engine known in which a preferably between the oil control ring and piston pin bore in the lubrication groove provided on the piston wall with the inside of the piston connected supply channels is supplied with lubricant. In a Embodiment is also a targeted distribution on the Piston running and counter pressure side provided, which by a Limitation of the expansion of the lubrication groove to the corresponding one Circumferential areas is effected. With this arrangement, however no redistribution of lubricating oil, d. H. those described at the beginning Disadvantages caused by oil accumulation over the piston pin eyes not avoided, but only additional lubricating oil on the brought contaminated areas, thereby reducing the Lube oil consumption is not possible.

Schließlich ist es aus der DE-OS 25 42 803 bekannt, Aussparungen an den Flanken von Kolbenringnuten vorzusehen. Diese dienen jedoch aufgrund ihres geringen Querschnitts dem Druckausgleich zwischen dem Verbrennungsraum und dem Kurbelgehäuse eines mit liegenden Zylindern betriebenen Motors. Eine Verteilung von Schmieröl ist nicht vorgesehen, vielmehr soll das Ansaugen von Schmieröl durch einen eventuell im Verbrennungsraum beim Abstellen der Maschine herrschenden Unterdruck vermieden werden. Die Aussparungen sind deshalb - unabhängig von der Belastung während des Betriebes - so angeordnet, daß sie ausschließlich in dem Umfangsbereich oberhalb einer horizontalen, durch die Zylinderachse verlaufenden Ebene liegen. Anregungen für den Gegenstand der Erfindung können dieser Schrift nicht entnommen werden.Finally, it is known from DE-OS 25 42 803, recesses to be provided on the flanks of piston ring grooves. These serve however, due to their small cross-section, the pressure equalization between the combustion chamber and the crankcase with one lying cylinders operated engine. A distribution of Lubricating oil is not provided, rather the suction of Lubricating oil through a possibly in the combustion chamber at Parking the machine prevailing negative pressure can be avoided. The cutouts are therefore independent of the load during operation - arranged so that they are only in the circumferential area above a horizontal through which Cylinder axis extending plane. Suggestions for the The subject of the invention can not be inferred from this document will.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. The invention is described below with reference to the drawing.

Fig. 1 zeigt eine perspektive Darstellung eines Kolbens mit einer Ölabstreifeinrichtung (ohne den Ring), Fig. 1 is a perspective view showing a piston with an oil scraper (without the ring),

Fig. 2 einen perspektiven Längsschnitt durch eine Ölabstreifeinrichtung nach Fig. 1; FIG. 2 shows a perspective longitudinal section through an oil scraper device according to FIG. 1;

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch einen Kolben in Höhe der Unterkante der Ölabstreif-Ringnut; Fig. 3 shows a cross section through a piston at the level of the lower edge of the oil wiper ring groove;

Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die qualitative Ölmengenverteilung über dem Kolbenumfang. Fig. 4 shows a diagram of the qualitative oil quantity distribution over the piston circumference.

In einem gebauten Kolben, der aus dem Oberteil 16 und einem Unterteil 17 besteht, sind im Unterteil 17 parallel zur Kolbenachse mehrere durchgehende Ölablaufbohrungen 18 enthalten. In a built piston, which consists of the upper part 16 and a lower part 17 , a plurality of continuous oil drain holes 18 are contained in the lower part 17 parallel to the piston axis.

Zwischen der Oberkante 19 des Unterteils 17 und den Kolbenbolzenaugen 20 ist senkrecht zur Kolbenachse in das Kolbenhemd 21 eine umlaufende Ringnut 22 eingearbeitet. Diese dient zur Aufnahme eines Ölabstreifrings 23, der auf der Zylinderwand 30 eine Flächenpressung zwischen 0,3 und 1,1 N/mm² ausübt. Die Ringnut 22 weist an ihrer Unterkante in den beiden über den Kolbenbolzenaugen 20 liegenden Umfangsbereichen 24 mehrere Aussparungen 25 auf. Diese Aussparungen 25 führen radial einwärts zu einem von der Rückseite des Ölabstreifringes 23, dem Nutgrund und den Flanken der Ringnut 22 begrenzten, kreisringförmigen Ölsammelraum 26. Dieser ist durch mehrere, vom Nutgrund der Ringnut 22 senkrecht zur Kolbenachse radial einwärts verlaufende Ölableitkanäle 27 mit den Ölablaufbohrungen 18 verbunden. Die Ringnut 22 weist außerdem an ihrer Oberkante in den Umfangsbereichen 28 der Kolbenlauf- und Gegendruckseite mehrere Aussparungen 29 auf.Between the upper edge 19 of the lower part 17 and the piston pin eyes 20 , a circumferential annular groove 22 is machined into the piston skirt 21 perpendicular to the piston axis. This serves to receive an oil scraper ring 23 , which exerts a surface pressure between 0.3 and 1.1 N / mm ² on the cylinder wall 30 . The annular groove 22 has a plurality of cutouts 25 on its lower edge in the two circumferential regions 24 lying above the piston pin eyes 20 . These recesses 25 lead radially inward to an annular oil collecting space 26 which is delimited by the rear side of the oil scraper ring 23 , the groove base and the flanks of the annular groove 22 . This is connected to the oil drain bores 18 by a plurality of oil discharge channels 27, which run radially inward from the groove base of the annular groove 22 perpendicular to the piston axis. The annular groove 22 also has a plurality of cutouts 29 on its upper edge in the peripheral regions 28 of the piston running and counterpressure side.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird bei einer Kolben-Abwärtsbewegung das in den Umfangsbereichen 24 über den Kolbenbolzenaugen 20 aufgestaute, überschüssige Schmieröl durch die Aussparungen 25 unmittelbar am Ort des Entstehens eines Staudrucks aufgenommen und in den Ölsammelraum 26 geleitet. Hier wird die überschüssige Ölmenge m₀ in die zwei Teilmengen m ₁ und m ₂ aufgeteilt. Je nach Abstimmung des Durchmessers d der Ölableitkanäle 27 mit dem Gesamtquerschnitt der Aussparungen 29 und der daraus resultierenden Drosselwirkung wird ein mehr oder weniger großer Teil m ₁ über die Ölableitkanäle 27 und die Ölablaufbohrungen 18 ins Kurbelgehäuse zurückgeleitet. Der verbleibende Teilstrom m ₂ wird durch die Austritts-Aussparungen 29 den Umfangsbereichen 28 der Kolbenlauf- und Gegendruckseite der Zylinderwand zugeführt. Dadurch wird der Schmierfilm in der stärker belasteten Bereichen gezielt erhöht; die Schmierölaufbringung auf die Zylinderwand kann insgesamt reduziert werden.During operation of the internal combustion engine, in the event of a piston downward movement, the excess lubricating oil accumulated in the peripheral regions 24 above the piston pin eyes 20 is absorbed through the cutouts 25 directly at the location where a dynamic pressure occurs and is conducted into the oil collecting space 26 . Here the excess amount of oil m auf is divided into two subsets m ₁ and m ₂ . Depending on the coordination of the diameter d of the oil drainage channels 27 with the overall cross section of the cutouts 29 and the resulting throttling effect, a more or less large part m _{1 is} returned to the crankcase via the oil drainage channels 27 and the oil drain holes 18 . The remaining partial flow m ₂ is fed through the outlet cutouts 29 to the peripheral regions 28 of the piston running and counterpressure side of the cylinder wall. As a result, the lubricating film is specifically increased in the more heavily used areas; the application of lubricating oil to the cylinder wall can be reduced overall.

Vorteilhaft ist eine Anordnung der Aussparungen 25, 29, die durch engere Abstände derselben in der Mitte der Umfangsbereiche 24, 28 größere Durchtrittsquerschnitte aufweist als in einem gleich langen Bogenstück in deren Randzonen. Dies kann bei gleich großen Abständen der Aussparungen 25, 29 auch durch verschieden große Querschnitte der einzelnen Aussparungen erreicht werden, dadurch daß diese in der Mitte größer gemacht werden als in den Randzonen der Umfangsbereiche 24, 28.An arrangement of the cutouts 25, 29 is advantageous which, because of the closer spacing between them in the middle of the peripheral regions 24, 28, has larger passage cross sections than in an arc piece of the same length in the edge zones thereof. If the distances between the cutouts 25, 29 are the same, this can also be achieved by differently sized cross sections of the individual cutouts, by making them larger in the middle than in the edge zones of the peripheral regions 24, 28 .

In Fig. 4 ist die qualitative Ölmengenverteilung über dem Kolbenumfang aufgetragen. Die Abszisse ist in 360° Kolbenumfangswinkel unterteilt, auf der Ordinate ist die Ölmenge (= Filmdicke) aufgetragen. Dabei zeigt die Kurve 33 den Verlauf der Ölfilmdicke ohne Anwendung der erfindungsgemäßen Ölabstreifeinrichtung und die Kurve 34 den Verlauf der Filmdicke nach Anwendung der erfindungsgemäßen Ölabstreifeinrichtung.In FIG. 4, the qualitative quantity of oil distribution is applied over the piston circumference. The abscissa is divided into 360 ° piston circumferential angles, on the ordinate the amount of oil (= film thickness) is plotted. Curve 33 shows the course of the oil film thickness without using the oil wiper device according to the invention and curve 34 shows the course of the film thickness after application of the oil wiper device according to the invention.

Claims

1. Lubrication for a piston fastened by means of a piston pin to a connecting rod of a reciprocating internal combustion engine working with internal combustion, with an annular groove for receiving an oil scraper ring, with an oil collecting space behind the oil scraper ring for receiving and discharging the excess oil, characterized in that in the Flanks of the annular groove ( 22 ) have recesses ( 25; 29 ) machined in several places, which create a connection for the lubricating oil between the lubricated piston surfaces and the oil collecting space ( 26 ) that a first part of the recesses ( 25 ) in the peripheral regions ( 24 ) over the piston pin eyes ( 20 ) on the lower edge of the annular groove ( 22 ) and the excess lubricating oil drains off there and that a second part of the recesses ( 29 ) is arranged exclusively on the combustion chamber side in the peripheral areas ( 28 ) of the piston running and counter pressure side and lubricating oil this piston circumference from the oil collection space ( 26 ) ngs ranges ( 28 ).

2. Lubrication for a piston according to claim 1, characterized in that the recesses ( 25; 29 ) in the middle of the associated piston circumferential areas ( 24; 28 ) have larger cross-sections than in their edge areas.