DE866570C

DE866570C - Working piston for piston-controlled two-stroke internal combustion engines

Info

Publication number: DE866570C
Application number: DEK4323D
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl-Ing Elwert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1941-01-10
Filing date: 1941-01-10
Publication date: 1953-02-12

Description

Arbeitskolben für kolbengesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich aui Arbeitskolben für kolbengesteuerte Zweitakt-Brennkraftmaschinen.Working piston for piston-controlled two-stroke internal combustion engines The invention relates to working pistons for piston-controlled two-stroke internal combustion engines.

Bei Brennkraftmaschinen ist häufig die Grenze der Leistungssteigerung dadurch gegeben, daß die Kolbenringe in den Kolbennuten festbrennen oder die Kolbenkanten verschmoren. Dies tritt bei kolbengesteuerten Zweitakt-Brennkraftmaschinen besonders früh auf. Das erklärt sich daraus, daß schon vor der eigentlichen Eröffnung der Auslaßkanäle durch die oberste Kolbenkante die heißen Verbrennungsgase durch den zwischen Kolben und Zylinder befindlichen Spalt mit sehr hoher Geschwindigkeit zu den Ein-und Auslaßkanälen strömen. Sie dringen hierbei auch in die für die Beweglichkeit der Kolbenringe notwendigen Spalten, insbesondere des obersten Kolbenringes ein. und setzen dort Ruß ab. Außerdem geben sie hierbei infolge der großen Strömungsgeschwindigkeit und des dadurch begünstigten Wärmeübergangs einen beträchlichen Teil ihrer Wärme an die Kolbenkante ab. Von hier kann die Wärme aber nicht in entsprechendem Maße abgeführt werden. so daß ein Festbrennen der verrußten Kolbenringe und ein Verschmoren der Kolbenkante erfolgt.In the case of internal combustion engines, there is often the limit to the increase in performance given by the fact that the piston rings burn in the piston grooves or the piston edges charred. This occurs particularly in piston-controlled two-stroke internal combustion engines up early. This is explained by the fact that even before the actual opening of the Outlet channels through the top edge of the piston the hot combustion gases through the between the piston and cylinder gap at a very high speed the inlet and outlet channels flow. In doing so, they also penetrate into the one for mobility the piston rings necessary gaps, especially the top piston ring. and deposit soot there. In addition, they give due to the high flow velocity and the resulting heat transfer a considerable part of their heat to the edge of the piston. From here, however, the heat cannot reach the appropriate level be discharged. so that the sooty piston rings burn and become charred the piston edge takes place.

Durch die Verwendung; des bei Viertakt-Brennkraftmaschinen an sich bekannten, auf der Stirnfläche des Kolbens aufliegenden Kolbenringes wird dieser Übelstand vollständig vermieden: Das Ausströmen der Verbrennungsgase beginnt dann erst beim Überschneiden der Kolbenringkante mit der obersten Kante der Auslaßkanäle, so daß ein Vorausströmen wie bei den bekannten Kolben nicht auftreten kann. Die Steuerung des Auslasses wird also auch wesentlich genauer. Außerdem wird die Zeit, in der ein starkes Vorbeiströmen an der steuernden Kante erfolgt, kürzer. Wird der Kolbenring nach der vorliegenden Erfindung schon dadurch wesentlich weniger heiß als die Kante des bekannten Kolbens, so ergibt sich zusätzlich noch der Vorteil; däß dieser Kolbenring dauernd in inniger Berührung mit der Zylinderwand steht und dadurch die Wärme besser abgeben kann.By using; of four-stroke internal combustion engines per se known piston ring resting on the end face of the piston this The problem completely avoided: the combustion gases then begin to flow out only when the edge of the piston ring intersects with the top edge of the outlet channels, so that an advance flow as in the known pistons cannot occur. the Control of the outlet is also much more precise. Besides, the time in which there is a strong flow past the steering edge, shorter. Will the Piston ring according to the present invention is much less hot as a result than the edge of the known piston, there is also the advantage; that this piston ring is constantly in intimate contact with the cylinder wall and this allows the heat to dissipate better.

Schließlich wird auch die den Verbrennungsgasen ausgesetzte Stirnfläche des Kolbens um die Auflageflache des Ringes verkleinert. Dadurch wird die beheizte Kolbenfläche und die an den Kolben abgegebene Wärme=menge 'verringert, so daß der Kolben im Betrieb eine niedrigere Temperatur annimmt.Finally, the end face exposed to the combustion gases also becomes of the piston is reduced by the contact surface of the ring. This will make the heated Piston area and the heat given off to the piston = amount 'reduced, so that the Piston assumes a lower temperature during operation.

Der Kolbenring liegt im wesentlichen frei auf der Kolbenstirnfiäche auf und braucht nur an einzelnen Stellen des Umfanges durch am Kolben befestigte, über den Ring greifende bzw. am Ring befestigte, unter Teile des Kolbens greifende Stifte, Haken, Nasen od. dgl. auf dem Kolben gehalten zu werden. Theoretisch wird ein solcher Ring bei Zweitaktmaschinen durch die Massenkräfte und den im Zylinder herrschenden Druck im Betrieb stets gegen die Stirnfläche gedrückt. Selbst im letzten Teil des Verdichtungshubes und zu Beginn des Arbeitshubes ist das der Fall, weil die Gaskräfte hier größer sind als die Massenkräfte. Lediglich für das Ingangsetzen der Maschine sind Sicherungen gegen das Abheben des Kolbenringes von der Kolbenstirnfiäche erforderlich. Hierzu können beispielsweise Stifte oder Nasen dienen, die in. einzelne Ausnehmungen oder einen über den Umfang durchlaufenden Absatz des Kolbenringes eingreifen.The piston ring is essentially exposed on the piston face on and only needs at individual points of the circumference by attached to the piston, over the ring reaching or attached to the ring, reaching under parts of the piston Pins, hooks, noses or the like to be held on the piston. Theoretically it will such a ring in two-stroke engines due to the inertia forces and that in the cylinder prevailing pressure is always pressed against the face during operation. Even in the last This is part of the compression stroke and at the beginning of the working stroke because the gas forces here are greater than the inertia forces. Only for starting of the machine are safeguards against the lifting of the piston ring from the piston face necessary. For this purpose, pins or noses can be used, for example, which are inserted into individual Engage recesses or a continuous shoulder of the piston ring over the circumference.

Die Auflagefläche des Kolbenringes auf dem Kolben arbeitet sich durch die seitlichen Kolbenbewegungen infolge der ständigen, durch die Gas- und Massenkräfte hervorgerufenen Anpressung des Ringes auf den Kolben im Betrieb- blank, so daß eine dauernde Abdichtung gewährleistet ist.The bearing surface of the piston ring on the piston works its way through the lateral piston movements as a result of the constant gas and inertial forces caused pressure of the ring on the piston in operation - bright, so that a permanent sealing is guaranteed.

Zwischen den gegebenenfalls über den -Ring greifenden Sicherungsstiften und dem Ring entstehen nur so kleine Spaltflächen, daß dort etwa sich bildende Ölkohle und Ruß laufend durch die Bewegungen des Ringes weggearbeitet werden. Das Freibleiben der Ringe an diesen Stellen wird noch durch die Tatsache unterstützt, daß die Verbrennungsgase zu den Halteflachen der 'Stifte freien Zutritt haben und Ruß oder Ölkohle wegbrennen oder wegblasen. Überdies erhält der den Ring übergreifende Teil der* Stifte vorzugsweise einen gewissen Abstand von der Zylinderlaufflache, so daß er gar nicht mit Schmieröl in Berührung kommt.Between the locking pins that may reach over the ring and the ring creates only such small gap surfaces that there are any oil carbon there and soot are continually being worked away by the movements of the ring. The remaining free the rings in these places is supported by the fact that the combustion gases have free access to the holding surfaces of the pins and burn away soot or carbon or blow it away. In addition, the part of the * pins that overlaps the ring preferably receives a certain distance from the cylinder surface so that it does not even come with lubricating oil comes into contact.

Die Stirnfläche des Kolbens wird vorzugsweise so ausgebildet, daß sie von der Auflagefläche des Kolbenringes ausgehend nach der Mitte hin beispielsweise bis zur Höhe der Oberkante des Ringes unter- Vermeidung vorspringender Kanten ansteigt.The end face of the piston is preferably designed so that they start from the bearing surface of the piston ring towards the center, for example rises to the level of the upper edge of the ring avoiding protruding edges.

In der Zeichnung sind einzelne Ausführungsbeispiele der Kolbenabdichtung gemäß der Erfindung in Teilschnitten und Ansichten wiedergegeben. Die Abb. x und 2 zeigen ein Ausführungsbeispiel, die Abb: 3 und q. eine zweite, Abb. 5 eine dritte und die Abb. 6, 7 und 8 eine vierte Ausführung.Individual exemplary embodiments of the piston seal are shown in the drawing reproduced according to the invention in partial sections and views. Figs. X and 2 show an embodiment, Figs: 3 and q. a second, Fig. 5 a third and Figs. 6, 7 and 8 show a fourth embodiment.

Bei dem in Abb. z und 2 gezeigten Beispiel liegt der oberste Kolbenring a unmittelbar gegen einen ebenen ringförmigen Teil b der Stirnfläche des Kolbenkörpers c dichtend an. Er dichtet außerdem gegen die Zylinderlaufflache d, gegen die er in gleicher Weise durch den im Zylinder herrschenden Gasdruck angepreßt wird. Die gestrichelte Linie e deutet die an einer Stelle des Umfanges vorhandene Stoßfuge eines gasdichten Schlosses an. In den Umfang des Kolbenkörpers sind eine Reihe von Haltestiften feingelassen, die mit geringem Spiel einen treppenförmigen Ansatz g des Ringes a übergreifen. Wie Abb. 2 zeigt, wird dieser Ansatz durch einzelne Ausfräsungen h gebildet, so däß die Haltestifte zugleich eine Drehungssicherung für den Ring darstellen, wie es für kolbengesteuerte Zweitaktmaschinen meist notwendig ist. Die Haltestifte f sind durch je einen quer hindurchgeführten schwächeren Stift y gegen Herausfallen gesichert. Innerhalb des obersten Kolbenringes a steigt die Stirnfläche k des Kolbens bis zur Höhe der Oberkante des Ringes derart an, daß dabei vorspringende Kanten vermieden sind, die im Betrieb höhere Temperaturen annehmen würden.In the example shown in Fig. Z and 2, the top piston ring is located a directly against a flat annular part b of the end face of the piston body c sealing. It also seals against the cylinder surface d against which it is pressed in the same way by the gas pressure prevailing in the cylinder. the The dashed line e indicates the butt joint present at one point on the circumference a gas-tight lock. In the circumference of the piston body are a number of Retaining pins fine-tuned, which form a step-shaped approach with little play g of the ring a overlap. As Fig. 2 shows, this approach is made possible by individual millings h formed, so that the retaining pins at the same time a rotation lock for the ring show how it is mostly necessary for piston-controlled two-stroke machines. the Holding pins f are opposed to each other by a weaker pin y that is passed through Falling out secured. The face rises within the top piston ring a k of the piston up to the level of the upper edge of the ring in such a way that it protrudes Edges are avoided that would assume higher temperatures during operation.

Der in Abb. 3 und q. dargestellte Kolbenring a besitzt an. Stelle der Haltestifte einzelne vom Brennraum weggerichtete L förmige- Verlängerungen m, die in eine ringförmige Ausnehmung n des Kolbenkörpers e eingreifen. Die Abdichtung erfolgt wiederum nur an der ebenen Stirnfläche b und an der Zylinderfläche d. The in Fig. 3 and q. piston ring a shown has on. Place the retaining pins individual L- shaped extensions m directed away from the combustion chamber, which engage in an annular recess n in the piston body e. Again, the seal only takes place on the flat end face b and on the cylinder face d.

Abb. 5 zeigt eine Ausbildung des Kolbenringes a, die im wesentlichen die gleiche ist wie in den vorhergenannten Abbildungen. Zum 'Unterschied sind nur die L-förmigen Verlängerungen m an ihrem äußeren Umfang von der Lauffläche freigedreht, so daß eine Anlage an der Zylinderfläche lediglich über die Höhe des eigentlichen Kolbenringes vorhanden ist. Der zweite Kolbenring ist hier in die gleiche Nut n eingelegt, in die auch die Uförmigen Verlängerungen des Kolbenringes a eingreifen. Die Stirnfläche des Kolbens c ist hier durchgehend eben.Fig. 5 shows an embodiment of the piston ring a, which essentially is the same as in the previous figures. The only difference is the L-shaped extensions m rotated free from the tread on their outer circumference, so that a plant on the cylinder surface is only about the height of the actual Piston ring is present. The second piston ring is in the same groove n here inserted into which the U-shaped extensions of the piston ring a also engage. The end face of the piston c is flat throughout.

Entsprechend den Abb. 6 bis 8 trägt der Kolbenkörper c an einzelnen Stellen des Umfanges über den Kolbenring a übergreifende Nasen p. Die Form dieser Nasen kann vorgepreßt oder vorgegossen sein, so daß lediglich :eine Bearbeitung um die Drehachse des Kolbenkörpers notwendig ist. Die Wirkung der Nasen ist die gleiche wie die der in Abb. z und 2 gezeigten Haltestifte.According to Figs. 6 to 8, the piston body c carries on individual Place the circumference over the piston ring a overlapping lugs p. The shape of this Lugs can be pre-pressed or pre-cast, so that only: one processing around the axis of rotation of the piston body is necessary. The action of the noses is this same as the retaining pins shown in Fig. z and 2.

Claims

PATENT CLAIMS: x. Working piston for piston-controlled two-stroke internal combustion engine, characterized in that; that the top piston ring rests sealingly on the end face of the piston in a manner known per se and only at individual points of the circumference by pins (f) attached to the piston over the ring (a) or attached to the ring and reaching under parts of the piston , Hooks (na), noses (p) or the like. Is held on the piston.

2. Piston according to claim i, characterized in that that the pins (f) or lugs (P) in individual recesses (h) or one over the Engage the circumference of the continuous shoulder (g) of the piston ring (a).

3. Piston according to claim i, characterized in that the end face (k) of the piston (c), starting from the bearing surface (b) of the piston ring (a) , towards the center, for example up to the level of the upper edge of the ring, below Avoid protruding edges.