DE4141279A1 - Light metal piston with special hub bores, for IC engine - has gudgeon pin with section projecting from hub bore, section deviating less form cylindrical surface than opposite section on other part - Google Patents

Light metal piston with special hub bores, for IC engine - has gudgeon pin with section projecting from hub bore, section deviating less form cylindrical surface than opposite section on other part

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Abstract

A gudgeon pin is born floating in the hub bores. The part of the gudgeon pin in the hub bore on the counter-pressure side (GDS) has a section, which extends over part of the length of the bore. This section deviates less from the cylinder surface, than the opposite section on the other hub bore part. The section on the counter pressure side is at least partially cylindrical. The cylindrical, or almost cylindrical part, is located at the radially outer end of the hub bore, relative to the piston axis. ADVANTAGE - Reduces noise caused by gudgeon pin movement.

Description

Die Erfindung betrifft einen Leichtmetallkolben für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.The invention relates to a light metal piston for Internal combustion engines according to the preamble of the patent claim 1.

Aufweitungen der zylindrischen Bohrungsfläche nach radial außen in Richtung der Druck- und Gegendruck­ richtung sind vielfach aus Nabenfestigkeitsgründen heraus erforderlich. Solche Erweiterungen führen je­ doch zu einer Erhöhung des durch das Anschlagen des Kolbenbolzens in der Nabenbohrung im Motorbetrieb be­ wirkten Geräusches. Für eine Minimierung des durch den Kolbenbolzen insoweit bewirkten Betriebsgeräu­ sches ist ein möglichst geringes Kolbenbolzenspiel innerhalb der Nabenbohrungen des Kolbens optimal. Ein solches minimales Spiel, das insbesondere eine zylin­ drische Ausbildung der Nabenbohrung bei einem zylin­ drischen Kolbenbolzen voraussetzt, ist jedoch aus Gründen der erforderlichen Nabenfestigkeit in der Praxis häufig nicht realisierbar. Hinzu kommt, daß das Kolbenbolzenspiel innerhalb der Nabenbohrungen von dem kalten Motorzustand abhängig ist, da bei ei­ nem Bolzen aus Stahl und einem Kolben aus Leichtme­ tall das Kolbenbolzenspiel im Kaltzustand am gering­ sten ist.Widening of the cylindrical bore surface after radially outward in the direction of pressure and back pressure direction are often for reasons of hub strength out required. Such extensions always lead but an increase in the by striking the Piston pin in the hub bore during engine operation sounded like. To minimize the through the piston pin operating noise caused so far cal is the least possible piston pin play optimal within the hub bores of the piston. A such a minimal game, in particular a cylin Drical training of the hub bore in a cylin requires the piston pin, but is off Because of the required hub strength in the Practice often not feasible. In addition, that the piston pin play within the hub bores is dependent on the cold engine condition, since at ei a steel pin and a piston made from Leichtme tall the piston pin play when cold at the low is most.

Das von dem Kolbenbolzen ausgehende Laufgeräusch er­ klärt sich daraus, daß beim Anlagewechsel des Kolben­ bolzens in Richtung der Kolbenachse Aufschlagimpulse entstehen, die über Bolzen, Pleuel und Kurbelwelle auf die Lager übertragen werden. Konkret läßt sich die Kolbenbolzenlaufgeräuschentstehung wie folgt er­ klären.The running noise coming from the piston pin  This explains that when changing the piston pin impulses in the direction of the piston axis arise that over bolts, connecting rods and crankshaft transferred to the camp. Specifically, the piston pin running noise generation as follows clarify.

Kurz vor der Geräuschentstehung liegt der Kolbenbol­ zen an der Unterseite der Naben des Kolbens aufgrund des relativ hohen Unterdrucks bei geschlossener Dros­ selklappe in der Luftansauganlage und der nach oben gerichteten Massenkraft an. Etwa 20-50 Grad der Kurbelwelle vor dem Zündtotpunkt wechselt der Kolben­ bolzen seine Anlage zur Nabenoberseite hin, wobei der dabei entstehende Aufschlagimpuls zu hörbaren Störge­ räuschen führt.The piston pin is just before the noise is generated zen due to the bottom of the piston hubs the relatively high negative pressure when the throttle is closed selflap in the air intake system and up directed mass force. About 20-50 degrees of The piston changes the crankshaft before the ignition dead center bolt his system towards the top of the hub, whereby the the resulting impulse to audible Störge noise leads.

Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung mit dem Problem, das im Motorbetrieb vom Anlagewechsel des Kolbenbolzens ausgehende Geräusch zu vermindern.Proceeding from this, the invention deals with the problem of changing the system during engine operation to reduce the noise of the piston pin.

Eine Lösung dieses Problemes zeigt ein Kolben mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 auf.A solution to this problem is shown by a piston with the characterizing features of claim 1.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieser Lösung ist Ge­ genstand des Anspruchs 2.An expedient embodiment of this solution is Ge Subject matter of claim 2.

Zum Verständnis der Wirkung der erfindungsgemäßen Lö­ sung ist es wichtig zu wissen, daß der Kolbenbolzen in dem Bereich von etwa 20-50 Winkelgrad vor dem Zündtotpunkt jeweils betriebsbedingt an der zur Ge­ gendruckseite liegenden Hälfte der Nabenbohrung mit leichtem Druck anliegt. Ist dies der Fall, dann kann der bei dem Anlagewechsel in Richtung der Kolbenachse erfolgende Anlagewechsel des Kolbenbolzens durch eine Führung des Kolbenbolzens innerhalb der Nabenbohrung in Richtung einer Aufschlagimpulsverminderung beein­ flußt werden. Insoweit hat sich eine möglichst zylin­ drische Form der Nabenbohrung in dem Anlagebereich auf der Gegendruckseite der Nabenbohrung als äußerst wirksam gezeigt.To understand the effect of the Lö according to the invention It is important to know that the piston pin in the range of about 20-50 degrees of angle before Ignition dead center for operational reasons at the Ge half of the hub bore on the pressure side there is slight pressure. If this is the case, then you can when changing the system in the direction of the piston axis  the piston pin is replaced by a Guide the piston pin within the hub bore in the direction of an impact pulse reduction to be flowed. In this respect, one has been as cylin as possible Drical shape of the hub bore in the contact area on the counter pressure side of the hub bore as extreme shown effectively.

In bezug auf eine Aufschlagimpulsverminderung wäre daher der beste Weg, die zur Gegendruckseite des Kol­ bens liegende Nabenbohrungshälfte über die gesamte Länge der Nabenbohrung zylindrisch verlaufen zu las­ sen und die in Druck-Gegendruckrichtung notwendige Nabenbohrungsaufweitung ganz in die zur Druckseite des Kolbens liegende Nabenbohrungshälfte zu legen. In der Praxis ist dies leider nicht immer möglich. Die aus Gründen einer Einhaltung der notwendigen Nabenfe­ stigkeit erforderliche Nabenbohrungsaufweitung in Druck-Gegendruckrichtung ist erforderlich, weil sich der Kolbenbolzen in dieser Richtung durch eine im Mo­ torbetrieb durch Gaskräfte einstellende Abplattung horizontal erweitert. Sind die Nabenbohrungen bezüg­ lich ihrer Form nicht so ausgelegt, daß der Kolben­ bolzen sich entsprechend ohne Widerstand durch das Nabenbohrungsmaterial abplatten kann, kann es am Na­ benbohrungsumfang zu Nabenrissen kommen. Diese Risse liegen insbesondere in bezug auf die Kolbenbolzenach­ se am radial inneren Ende der Nabenbohrung. Der Grund hierfür ist, daß die Kolbenbolzenabplattung in diesem Bereich größer als an dem radial außen liegenden Ende der Nabenbohrungen ist.With regard to a reduction in the impact pulse hence the best way to the back pressure side of the Kol benens lying hub bore half over the entire The length of the hub bore is cylindrical sen and the necessary in the pressure-counter pressure direction Hub bore expansion all the way to the pressure side of the piston lying hub bore half. In in practice this is unfortunately not always possible. The for reasons of compliance with the necessary Nabenfe required hub bore widening in Pressure backpressure direction is required because of the piston pin in this direction by a in the Mo door operation by gas flattening expanded horizontally. Are the hub bores covered? Lich not designed so that the piston bolt accordingly without resistance through the Hubplate material can flatten, it can on the Na come to hub cracks. These cracks are in particular in relation to the piston pin se at the radially inner end of the hub bore. The reason for this is that the piston pin flattening in this Area larger than at the radially outer end the hub bores is.

Da es zur Verminderung des Aufschlagimpulses des Kol­ benbolzens durch geschickte Führung in der auf der Gegendruckseite des Kolbens liegenden Nabenbohrungs­ hälfte in der Regel ausreicht, daß die angestrebte kreisbogenförmige Führungsfläche lediglich über eine Teillänge der Nabenbohrungen gegeben ist, wird dieser Teilbereich in bezug auf die Kolbenachse möglichst weit nach radial außen gelegt, wenn eine durchgehend zylindrische Form über die gesamte Länge der Naben­ bohrungen aus Nabenfestigkeitsgründen nicht möglich ist. Insofern bietet sich dann die Lösung nach Pa­ tentanspruch 2 an.Since it reduces the impact impulse of the Kol benbolzens by skillful leadership in the on the  Counter pressure side of the piston lying hub bore half is usually sufficient that the desired circular arcuate guide surface only over a Given the partial length of the hub bores, this will be Partial area with respect to the piston axis if possible placed far out radially if one is continuous cylindrical shape along the entire length of the hubs Drilling not possible for reasons of hub strength is. In this respect, the solution according to Pa claim 2.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeich­ nung dargestellt.Embodiments of the invention are in the drawing shown.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen in Längsrichtung aufgeschnit­ tenen Kolben in perspektivischer Darstellung, Fig. 1 is a longitudinally aufgeschnit requested piston in perspective

Fig. 2-4 Ausschnitte aus der in Fig. 1 unge­ schnittenen Nabenbohrung. Fig. 2-4 sections from the uncut hub bore in Fig. 1.

Mit DS und GDS ist die Druck- und Gegendruckseite des betreffenden Kolbens angegeben.With DS and GDS, the pressure and counter pressure side of the indicated piston.

Die schematisch dargestellten Nabenbohrungs-Innenfor­ men beziehen sich jeweils auf die in Fig. 1 hinten liegende ungeschnittene Nabenbohrung.The schematically illustrated hub bore Innenfor men each relate to the uncut hub bore lying in the rear in FIG. 1.

In Fig. 2 verläuft die Nabenbohrung über ihre gesamte Länge auf der zur Gegendruckseite des Kolbens liegen­ den Hälfte zylindrisch, während sie auf der Gegen­ hälfte eine durchgehend ovale Form aufweist. In Fig. 2, the hub bore runs over its entire length on the counter-pressure side of the piston are half, while on the opposite half has a continuous oval shape.

In den Fig. 2-4 sind die zylindrischen Bereiche der Nabenbohrung mit A und die ovalen Bereiche jeweils mit B markiert.In FIGS. 2-4, the cylindrical portions of the hub bore with A and the oval sections are each marked with B.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist ein zylindrischer Bereich der auf der Gegendruckseite des Kolbens lie­ genden Hälfte der Nabenbohrung lediglich radial außen in bezug auf die Kolbenlängsachse vorgesehen. In al­ len übrigen Bereichen ist die Nabenbohrung oval aus­ gebildet, wobei der Ovalitätsgrad über die Länge der Nabenbohrung wechseln kann. Auf der zur Gegendruck­ seite gelegenen Hälfte der Nabenbohrung geht der ova­ le in den zylindrischen Bereich stetig über.In the embodiment according to FIG. 3, a cylindrical region of the half of the hub bore lying on the counterpressure side of the piston is only provided radially on the outside with respect to the longitudinal axis of the piston. In all other areas, the hub bore is oval, and the degree of ovality can change over the length of the hub bore. On the half of the hub bore on the back pressure side, the ova le merges continuously into the cylindrical area.

Eine weitere Variante besteht nach Fig. 4 darin, daß die Nabenbohrung auf der zur Druckseite des Kolbens gelegenen Hälfte durchgehend zylindrisch ausgebildet ist, während bei der Gegenhälfte radial innen zur Kolbenlängsachse eine ovale Form vorgesehen ist, die in bezug auf die Kolbenlängsachse nach radial außen zum Nabenbohrungsende hin wiederum in eine zylindri­ sche Form übergeht.Another variant according to FIG. 4 is that the hub bore is continuously cylindrical on the half located on the pressure side of the piston, while an oval shape is provided in the opposite half radially inward to the piston longitudinal axis, which radially outwards with respect to the piston longitudinal axis The end of the hub bore merges into a cylindrical shape.

Denkbar sind noch eine Vielzahl weiterer Nabenboh­ rungsinnenformen, wobei es nach der Erfindung im Prinzip immer nur darauf ankommt, daß auf der zur Ge­ gendruckseite gelegenen Hälfte der Nabenbohrung zu­ mindest ein in Längsrichtung der Nabenbohrung befind­ licher Bereich vorgesehen ist, der möglichst nahe an einer zylindrischen Form liegt, während notwendige Ovalitäten weitgehendst auf der anderen Nabenboh­ rungshälfte anzubringen sind. Ferner ist es wichtig, daß in Fällen, in denen die auf der Gegendruckseite gelegene Hälfte aus Nabenfestigkeitsgründen nicht über die gesamte Länge zylindrisch oder zumindest na­ hezu zylindrisch ausgebildet werden kann, die erfor­ derlichen Nabenbohrungsovalformen zumindest weitge­ hend auf der zur Druckseite des Kolbens gelegenen Na­ benbohrungshälfte zu liegen kommen. Der Kolbenbolzen ist insbesondere aus Eisen oder Stahl.A variety of other hub bores are also conceivable rungsinnenformen, wherein according to the invention in Principle always depends on the fact that on the Ge half of the hub bore on the pressure side at least one in the longitudinal direction of the hub bore Liche area is provided that is as close as possible to lies in a cylindrical shape while necessary Ovalities largely on the other hub half must be attached. It is also important that in cases where the on the back pressure side half not located for reasons of hub strength  cylindrical over the entire length or at least na hezu can be cylindrical, the requ other hub bore oval shapes at least widely starting on the Na to the pressure side of the piston half of the bore. The piston pin is especially made of iron or steel.

Claims (2)

1. Leichtmetallkolben für Verbrennungsmotoren mit Nabenbohrungen, die in Druck-Gegendruckrichtung des Kolbens von einer Zylinderfläche nach radial außen überragende Aufweitungen (Ovalformen) be­ sitzen und in denen ein Kolbenbolzen schwimmend gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der zur Gegendruckseite (GDS) des Kolbens liegenden Hälfte der Nabenbohrung zumindest ein sich über eine Teillänge der Bohrung erstrecken­ der Bereich vorgesehen ist, der geringer von der Zylinderfläche abweicht als der auf der anderen Nabenbohrungshälfte gegenüberliegende Bereich, wobei dieser auf der Gegendruckseite (GDS) lie­ gende Teilbereich wenigstens teilweise zylin­ drisch sein kann.1. Alloy pistons for internal combustion engines with hub bores, which sit in the pressure-counterpressure direction of the piston from a cylinder surface to the radially outward projecting widenings (oval shapes) and in which a piston pin is floating, characterized in that on the counter-pressure side (GDS) of the piston lying half of the hub bore at least one area extending over a partial length of the bore is provided which deviates less from the cylinder surface than the area opposite on the other half of the hub bore, this partial area lying on the counter pressure side (GDS) lying at least partially being cylindrical . 2. Leichtmetallkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich der auf der Gegendruckseite (GDS) liegenden Nabenhälfte, der am wenigsten oder gar nicht von einer zylindrischen Form abweicht, in bezug auf die Kolbenachse am radial äußeren Ende der Nabenbohrung liegt.2. light metal piston according to claim 1, characterized, that the area on the counter pressure side (GDS) lying hub half, the least or even does not deviate from a cylindrical shape, in with respect to the piston axis at the radially outer end the hub bore is.
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