DE68915118T2

DE68915118T2 - Kolben.

Info

Publication number: DE68915118T2
Application number: DE68915118T
Authority: DE
Inventors: Rino Casellato
Original assignee: Borgo Nova SpA
Current assignee: Borgo Nova SpA
Priority date: 1988-11-04
Filing date: 1989-10-10
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2009-10-11
Also published as: BR8905451A; DE68915118D1; EP0368004A1; EP0368004B1; CA2000798A1; IT8867986A0; GB8923000D0; JPH02173474A; GB2224556B; IT1223886B; US5133563A; GB2224556A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kolben für Brennkraftmaschinen und Kompressoren.
Die Möglichkeit, Kolben, insbesondere Kolben für Brennkraftmaschinen, mit nur zwei Kolbenringen anstatt der gebräuchlicheren drei einzusetzen und akzeptable Grade an Ölverbrauch und Gas-Durchblasen zu erzielen, ist hinsichtlich einer Reduzierung der Kolbenreibung sehr vorteilhaft.
Außer für eine Verringerung der Kolbenreibung ist der Einsatz nur zweier Ringe ebenso für die Reduzierung der Kompressionshöhe des Kolbens vorteilhaft. Eine Verringerung der Kompressionshöhe kann sich daraus ergebende Vorteile bei der Motorbauhöhe und dem Kolbengewicht bewirken, die auch von großer Bedeutung sind.
In der FR-A-491 682 ist eine Kolben-/Zylinderanordnung beschrieben, bei welcher der unterste vorgesehene Kolbenring einen allgemein "L"-förmigen Querschnitt aufweist und mit einem ersten, relativ steifen, allgemein radial verlaufenden, zumindest im wesentlichen ebenen Teil sowie mit einem zweiten, relativ flexiblen, radial äußeren Teil mit einer unterbrochenen Form versehen ist, das allgemein nach unten hin parallel zur Kolbenachse verläuft. Die Kolbenwand ist zurückgesetzt, um in Anpassung an die radial innen liegende Fläche des zweiten radial äußeren Kolbenringteils einen Teil der zugeordneten Kolbenringnut auszubilden. Der Kolbenring ist geschlitzt, so daß er am Kolben angebracht werden kann, aber das zweite, radial äußere Kolbenringteil ist infolge seiner unterbrochenen Form flexibel ausgebildet, wobei zu diesem Zweck zusätzliche Schlitze über das ganze Teil verteilt sind. Während der Kolbenbewegung paßt sich das flexible, zweite, radial äußere Kolbenringteil der Zylinderwand an und wegen dieser Flexibilität ist eine im wesentlichen konstante Tangentialbelastung auf den Ring vorhanden. Das Vorsehen der Schlitze ist unerwünscht, da der Ring schon an sich keine wirksame Dichtfunktion erfüllen kann. In dieser vorbekannten Beschreibung ist auch eine wirksamere Dichtanordnung gezeigt, aber diese erfordert das Anordnen zweier solcher Ringe in der obersten Nut, wobei das zweite radial äußere Teil jedes Rings allgemein nach oben hin parallel zur Kolbenachse verläuft, und es ist erforderlich, daß die Schlitze in den zwei Ringen so angeordnet sind, daß sie sich nicht decken. Eine solche Anordnung ist unerwünscht kompliziert.
In der US-A-3 926 166 ist eine Kolben- und Ringanordnung beschrieben, bei der der Ring aufgrund der Ausbildung einer Aussparung auf der radial inneren Fläche des Rings beim Einsetzen in den mit ihm zusammenwirkenden Zylinder geknickt oder schalenförmig gebogen wird. Es ist erforderlich, daß sich das Ausmaß des schalenförmigen Biegens unter Druck während der Kompression und Zündung im Motorzylinder ändert, wobei diese Änderung durch ein geeignetes, auf den Ring aufgebrachtes Drehmoment bewirkt wird. Anschließend kehrt der Ring infolge der im verbogenen Ring erzeugten Federkraft zu seiner Ausgangsform im Zylinder zurück.
Gemäß der vorliegenden Erfindung weist ein Kolben für Brennkraftmaschinen eine Mehrzahl von Kolbenringen auf, deren jeder in einer Kolbenringnut sitzt, wobei der unterste Kolbenring mit einem allgemein "L"-förmigen Querschnitt ausgebildet und mit einem ersten, im allgemeinen radial verlaufenden, zumindest im wesentlichen ebenen Teil versehen ist sowie ein zweites, radial äußeres Teil aufweist, das allgemein nach unten hin parallel zur Kolbenachse verläuft und eine Außenfläche aufweist, die mit der Zylinderwand zusammenwirkt und mit dieser einen Winkel zwischen 1º und 4º ausbildet, wobei die Kolbenwand zurückgesetzt ist, um in Anpassung an die radial innenliegende Fläche des zweiten radial äußeren Teils einen Teil der zugeordneten Kolbenringnut auszubilden, wobei der Kolben dadurch gekennzeichnet ist, daß das zweite, radial äußere Teil des untersten. Kolbenrings eine längs seines Umfangs durchgehende Form ohne irgendwelche axial verlaufenden Schlitze darin aufweist und die Anordnung derart ist, daß infolge von auf den untersten Kolbenring wirkenden Reibkräften beim Abwärtslaufen des Kolbens ein Drehmoment auf dessen zweites radial äußeres Teil in dem Sinne aufgebracht wird, daß bewirkt wird, daß der Ring wirksam Öl von der Zylinderwand abstreift, und beim Hochlaufen des Kolbens ein Drehmoment auf das zweite, radial äußere Teil im entgegengesetzten Sinne aufgebracht wird, das bewirkt, daß der Ring leicht über die Zylinderwand gleitet.
Der Kolben der vorliegenden Erfindung kann mit nur zwei Kolbenringen versehen sein. Der unterste Kolbenring kann in einer ausschließlich ölabstreifenden Funktion oder als kombinierter Ölabstreif- und Kompressionsring wirken. Im ersten Fall kann dann die Nut für den Kolbenring die Kolbenbolzenbohrung überlappen. Wenn der Ring in der Kombination Kompressions- und Ölabstreifring eingesetzt ist, muß die Nut eine durchgehende untere radiale Fläche zur Begrenzung des Gasdurchtritts aufweisen.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nun nur zur Erläuterung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen Beispiele beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch einen Teil eines Kolbens nach der vorliegenden Erfindung, der zwei Kolbenringe aufweist;
Figur 2 eine alternative Querschnittsform desselben Teils des unteren Kolbenrings des Kolbens aus Figur 1 sowie
die Figuren 3 und 4, die der Figur 2 entsprechen, schematisch die Kräfte, die im Betrieb auf den unteren Kolbenring aus Figur 1 wirken.
Es wird nun auf die Figuren 1 und 2 Bezug genommen, in denen nur die linke Seite eines Kolbens dargestellt und dieser allgemein mit 10 bezeichnet ist. Der Kolben weist zwei Kolbenringnuten 12, 14 mit in diesen aufgenommenen Kolbenringen 16, 18 auf. Der obere Ring 16 kann ein Kompressionsring bekannten Typs sein. Der untere Ring 18 weist einen allgemein "L"-förmigen Querschnitt auf. Das erste Teil 19 des "L" wirkt mit der Nut 14 zusammen und weist einen zurückgesetzten, durch eine Nut 20 gebildeten Abschnitt an seinem oberen, inneren Umfangsrand auf. Das zweite Teil 21 des "L" weist eine herkömmliche kontinuierliche Form ohne irgendwelche zusätzlichen Schlitze darin auf und bildet die Ring-Arbeitsfläche aus, die mit der Zylinderwand 22 des Motors zusammenwirkt. Der Ring liegt dichtend an der Wand 22 über Linienkontakt 24 an und weist eine Spitzkante 26 auf. Im Kolben sind Ölablauföffnungen oder -löcher 28 vorgesehen, um von der Zylinderwand entferntes Öl zum Motorsumpf zurückzuführen. Die Kolbenwand ist im Bereich 30 zurückgesetzt, um die hintere Fläche 32 des zweiten Teils 21 des Kolbenrings 18 aufzunehmen. Der zwischen der Ring-Arbeitsfläche 34 und der Zylinderwand 22 ausgebildete Winkel "A" kann im Bereich von 1º bis 4º liegen. Der zwischen der hinteren Fläche 32 und einer Senkrechten auf die Zylinderwand ausgebildete Winkel "B" kann im Bereich von 30º bis 60º liegen.
Die Winkel "A" und "B" sind in Figur 2 dargestellt, die auch eine alternative Ringform zeigt, bei der die hintere Fläche 32 durch zwei Flächen 40, 42 gebildet ist, die zwischen sich einen stumpfen Winkel einschließen.
Die untere Kante 26 des zweiten Teils 21 muß nicht notwendigerweise eine Spitzkante sein kund Ringe, deren jeder eine untere Kante mit einer kleinen, flachen Fläche einer radialen Weite von weniger als 0,5 mm aufweist, wurden hergestellt. Die flache Fläche kann im wesentlichen normal zur Zylinderwand 22 liegen.
Im Betrieb bewirkt die Form des unteren Kolbenrings 18 vorteilhafte Änderungen in den Kräften, die abhängig von der Bewegungsrichtung des Kolbens auf ihn wirken. In Figur 3 läuft der Kolben in seinem Zylinder abwärts und die Reibungskraft "fF" bewirkt ein Drehmoment in dem Sinne, der ein Ansteigen der Seitenkraft "SF" auf den Ring bewirkt. Wenn der Kolben im Zylinder nach oben läuft, Figur 4, wird "fF" in hohem Maße verringert und ein Drehmoment im entgegengesetzten Sinne wird erzeugt, das die Seitenkraft "SF" verringert. Auf diese Weise streift der Kolbenring beim Abwärtslaufen wirksam Öl von der Zylinderwand und begrenzt er den Gasdurchtritt; beim Hochlaufen gleitet der Ring leicht über die Zylinderwand und läßt jeden Ölfilm an seinem Platz.

Claims

1. Kolben (10) für Brennkraftmaschinen mit einer Mehrzahl von Kolbenringen (16 und 18), deren jeder in einer Kolbenringnut (12 bw. 14) sitzt, wobei der unterste Kolbenring (18) mit einem allgemein L-förmigen Querschnitt ausgebildet und mit einem ersten, im allgemeinen radial verlaufenden, zumindest im wesentlichen ebenen Teil (19) versehen ist sowie ein zweites, radial äußeres Teil (21) aufweist, das allgemein nach unten hin parallel zur Kolbenachse verläuft und eine Außenfläche (34) aufweist, die mit der Zylinderwand zusammenwirkt und mit dieser einen Winkel zwischen 10 und 40 ausbildet, und wobei die Kolbenwand (bei 30) zurückgesetzt ist, um in Anpassung an die radial innenliegende Fläche (32) des zweiten radial äußeren Teiles (21) einen Teil der zugeordneten Kolbenringnut auszubilden, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite, radial äußere Teil (21) des untersten Kolbenringes (18) eine längs seines Umfangs durchgehende Form aufweist und die Anordnung derart ist, daß infolge von auf den untersten Kolbenring (18) wirkenden Reibkräften beim Abwärtslaufen des Kolbens ein Drehmoment auf dessen zweites, radial äußeres Teil (21) in dem Sinne aufgebracht wird, daß bewirkt wird, daß der Ring wirksam Öl von der Zylinderwand abstreift, und beim Hochlaufen des Kolbens ein Drehmoment auf das zweite, radial äußere Teil /21) in entgegengesetztem Sinne aufgebracht wird, das bewirkt, daß der Ring leicht über die Zylinderwand gleitet.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim untersten Kolbenring (18) das radial äußere Teil (21) mit der zugeordneten Zylinderwand (22) einen Linienkontakt (24) ausbildet.

3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim untersten Kolbenring (18) die radial innere Umlauffläche (32) des radial äußeren Teils (21) zwei Flächen (40, 42) umfaßt, die zwischen sich einen stumpfen Winkel einschließen.

4. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beim untersten Kolbenring (18) das radial äußere Teil (21) in Form einer umlaufenden Spitzkante (26) ausläuft.

5. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim untersten Kolbenring (18) das radial äußere Teil (21) in einer flachen Fläche einer radialen Weite von weniger als 0,5 mm ausläuft,

6. Kolben nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim unteren Kolbenring (18) die flache Fläche im wesentlichen senkrecht zur zugeordneten Zylinderwand (22) verläuft.

7. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadürch gekennzeichnet, daß nur zwei Kolbenringe (16, 18) vorgesehen sind.

8. Kolben nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Kolbenring (18) als ein kombinierter Öl-Abstreif- und Kompressionsring ausgebildet ist.