EP2142813A1 - Extending bore geometry of a connecting rod bore of a connecting rod of an internal combustion engine - Google Patents

Extending bore geometry of a connecting rod bore of a connecting rod of an internal combustion engine

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Publication number
EP2142813A1
EP2142813A1 EP08707131A EP08707131A EP2142813A1 EP 2142813 A1 EP2142813 A1 EP 2142813A1 EP 08707131 A EP08707131 A EP 08707131A EP 08707131 A EP08707131 A EP 08707131A EP 2142813 A1 EP2142813 A1 EP 2142813A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bore
connecting rod
piston
pin
geometry
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08707131A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hartmut Kamp
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KS Kolbenschmidt GmbH
Original Assignee
KS Kolbenschmidt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by KS Kolbenschmidt GmbH filed Critical KS Kolbenschmidt GmbH
Publication of EP2142813A1 publication Critical patent/EP2142813A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00—Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/10—Connection to driving members
    • F16J1/14—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections
    • F16J1/16—Connection to driving members with connecting-rods, i.e. pivotal connections with gudgeon-pin; Gudgeon-pins
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/02—Sliding-contact bearings
    • F16C23/04—Sliding-contact bearings self-adjusting
    • F16C23/041—Sliding-contact bearings self-adjusting with edge relief
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/02—Constructions of connecting-rods with constant length
    • F16C7/023—Constructions of connecting-rods with constant length for piston engines, pumps or the like

Definitions

  • the invention relates to a connecting rod with a connecting rod bore according to the features of the preamble of patent claim 1.
  • Pistons with piston stems for an internal combustion engine wherein a pin bore is introduced into the piston skirt as a shaped bore, are basically known. Due to the stresses of the pin bore inner surfaces in which the bolt which connects the piston to the connecting rod is subjected to extremely high loads during operation due to deformations of the bolt during the movement of the piston. To compensate for the deformation of the pin bore (hub bore), it is known in the prior art (for example DE 21 52 462 A1, DE 30 36 062 C2, DE 41 41 279 C2, DE 44 41 450 A1 or DE 102 31 233 A1), along the generatrix of the pin bore segment - or sections - interpret this hub bore oval, circular or cylindrical. As a result, however, the transition from one section of one mold to the other section of another shape results in transitions forming a step which disadvantageously results in additional loading of the hub bore and pin located therein.
  • the invention is therefore based on the object to provide a formed as a shaped bore connecting rod bore of a connecting rod, which avoids the disadvantages described above, that is, with a higher load on the entire system, consisting of piston and connecting rod, can be achieved and acting on the system Forces are reduced.
  • the connecting rod bore has a widening and the widening in the axial direction in the direction of the piston hubs, above a bore axis of the pin bore, relative to a piston stroke axis (in the assembled system consisting of piston, piston pin and connecting rod) is smaller than the widening below the bore axis (or vice versa).
  • this special expansion of the connecting rod bore not only takes into account the deformation of the piston pin, but also the deformation of the connecting rod itself during operation in the internal combustion engine, which was previously disregarded in the prior art. Because of these deformations of both the connecting rod and the piston pin in operation, which are different above and below the pin axis, the invention now allows these loads of the piston pin evenly on the bearing surfaces on the connecting rod bore (especially in the zenith and in the areas around it , relative to the piston stroke axis) and thus to reduce the total load of the system of pin bore and bolt and connecting rod. Thus, a total of a higher load on the entire system can be achieved because with the invention, the deformation of the piston pin is adapted to the deformation of the connecting rod itself (or its connecting rod bore) in the load case.
  • the generatrices of the connecting rod bore are round or oval. Due to these freedoms in the bore geometry over the axial extension, a further adaptation to the deformation of the connecting rod and piston pin in the event of loading can take place.
  • the widening of the connecting rod bore is formed trumpet-shaped in the direction of the connecting rod outer region.
  • the transition from a section having a first shaping to the next section having a different shape is designed to run.
  • the invention achieves in an advantageous manner that the previously known sectional shape of the pin bore is dissolved in the running during processing transitions, for example, from circular to cylindrical, from circular to oval, from cylindrical to oval, from oval to circular, from oval is created with a first radius to an oval shape with a different radius and the like.
  • the list just given is only an example and not restrictive.
  • advantageously in the respective geometry over the bore circumference transition shape different radii so that the longitudinal axes of the respective sections are designed with their particular shape both perpendicular and parallel to the piston axis with over the circumference of different expansion.
  • a particular embodiment of the invention provides that, starting from the zenith of the pin bore in the direction of a combustion chamber of the engine facing the region of the piston, the generatrix with over the axial extent and the circumference of the pin bore elliptical with varying radii are formed.
  • the shape (geometry) of the pin bore can have an oval, circular (cylindrical) and again oval geometry steplessly with freely selected orientation and length of the ovality axes.
  • the choice of the orientation and length of the ovality axes depends on the geometries of the piston, in particular the axial extent and the diameter of the bolt and in particular on the diameter and the piston height of the piston.
  • the invention provides an optimized, i. the deformation forces adapted shaping of the pin bore to minimize the friction in the pin hub while ensuring the lubrication of the piston pin over the entire lateral surface.
  • the invention makes it possible to lubricate the piston crown over the entire lateral surface, which was not possible in the previous embodiments according to the prior art.
  • the inventive design of the geometry of the pin bore leads to a reduction of the risk of breakage of piston or piston pin, a weight reduction while maintaining the strength and a further reduction of frictional forces.
  • a pin bore 2 is introduced, which has a bore axis 3.
  • a right-hand area when viewing the figure is denoted by 4 and a left-hand area by 9, so that the one not-shown piston hub is located to the right of the connecting rod 1 when looking at the figure.
  • the pin bore 2 starts from the middle 11 in the direction of the right portion 4 and the left portion 9 due to the symmetry of the system piston / pin / conrod expands identically and a trumpet-shaped (or comparable ) Course.
  • the generatrices 5 or 6 of the expanding pin bore 2 may have different dimensions and are depending on the connecting rod geometry round or oval with in the axial course (in the direction of the area 4 and area 9) changing diameter or changing small and large semi-axes of the oval.
  • an upper axis 7, with respect to the bore axis 3, is smaller than the lower axis 8 below the bore axis 3 (or vice versa).
  • the shape of the widening pin bore starting from the middle 11 is a trumpet shape (or a comparable shape) and from the middle 11 in the direction of area 4 symmetrical to the course of the middle 11 to 9 area.
  • the invention thus has the advantages that the friction in the entire system, consisting of piston, piston pin and connecting rod, is reduced, that improved lubrication is given and the risk of breakage of the components involved, in particular the piston pin is reduced.
  • the present invention thus solves the hitherto known cylindrical shape of the connecting rod bore by creating transitions in the course of machining from circular to cylindrical and oval shape. Furthermore, the shapes merging into the oval geometry over the bore circumference have different radii, so that the longitudinal axes of the ovality are designed both vertically and also parallel to the piston stroke axis with different dimensions over the circumference. This freedom in the bore geometry over the bore length and the lateral surface thus allow only an exact adaptation to the deformation in the load case of the entire system.
  • a special embodiment of the invention provides, starting from the zenith of the connecting rod bore to the outer area towards the generatrices with over the bore length as elliptical with varying radii over the bore circumference, so that the bore shape has an oval, circular and again oval geometry steplessly with freely selected orientation and length of the ovality axes.

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Abstract

The invention relates to a connecting rod (1), in which a pin bore (2) is disposed for receiving a piston pin, wherein the invention provides that an expansion above a bore axis (3), based on a piston stroke axis (10), is smaller than an expansion below the bore axis (3), or vice versa.

Description

B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION
Verlaufende Bohrungsgeometrie einer Pleuelbohrung eines Pleuels einer BrennkraftmaschineBearing bore geometry of a connecting rod bore of a connecting rod of an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Pleuel mit einer Pleuelbohrung gemäss den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to a connecting rod with a connecting rod bore according to the features of the preamble of patent claim 1.
Kolben mit Kolbenschäften für eine Brennkraftmaschine, wobei eine Bolzenbohrung in dem Kolbenschaft als Formbohrung eingebracht wird, sind grundsätzlich bekannt. Aufgrund der Belastungen der Bolzenbohrungsinnenflächen, in denen sich der Bolzen, der den Kolben mit dem Pleuel verbindet, befindet, ist beim Betrieb extrem hohen Belastungen aufgrund von Verformungen des Bolzens bei der Bewegung des Kolbens ausgesetzt. Zur Kompensation der Verformung der Bolzenbohrung (Nabenbohrung) ist es im Stand der Technik (zum Beispiel DE 21 52 462 A1 , DE 30 36 062 C2, DE 41 41 279 C2, DE 44 41 450 A1 oder DE 102 31 233 A1) bekannt, entlang der Mantellinie der Bolzenbohrung segment - bzw. abschnittsweise diese Nabenbohrung oval, kreisförmig oder zylindrisch auszulegen. Daraus resultieren aber beim Übergang von dem einem Abschnitt mit der einen Form auf den anderen Abschnitt mit einer anderen Form Übergänge, die eine Stufe bilden, die in nachteiliger Weise zu einer zusätzlichen Belastung der Nabenbohrung und des darin angeordneten Bolzens führen.Pistons with piston stems for an internal combustion engine, wherein a pin bore is introduced into the piston skirt as a shaped bore, are basically known. Due to the stresses of the pin bore inner surfaces in which the bolt which connects the piston to the connecting rod is subjected to extremely high loads during operation due to deformations of the bolt during the movement of the piston. To compensate for the deformation of the pin bore (hub bore), it is known in the prior art (for example DE 21 52 462 A1, DE 30 36 062 C2, DE 41 41 279 C2, DE 44 41 450 A1 or DE 102 31 233 A1), along the generatrix of the pin bore segment - or sections - interpret this hub bore oval, circular or cylindrical. As a result, however, the transition from one section of one mold to the other section of another shape results in transitions forming a step which disadvantageously results in additional loading of the hub bore and pin located therein.
So ist es aus der Offenlegungsschrift DE 21 52 462 oder der Patentschrift DE 27 56 878 C2 bekannt, dass die Bolzenbohrung in Richtung des Innenbereiches des Kolbens einen sich bezogen auf die Bolzenachse gleichmäßig aufweitenden (in etwa trompetenförmigen) Verlauf hat. Bei der Patentschrift DE 30 36 062 C2 ist lediglich oberhalb der Bohrungsachse eine Aufweitung vorhanden. Mit diesen sich aufweitenden Verläufen der Bolzenbohrung in axialer Richtung des Innenbereiches des Kolbens wird zwar schon eine bessere Auflage des Bolzens auf der Oberfläche der Bolzenbohrung erzielt, wenn sich der Bolzen im Betrieb des Kolbens verformt, allerdings ist auf Grund der Anforderungen an moderne Brennkraftmaschinen hinsichtlich der einzuhaltenden Verbrauche und Abgasemissionen, woraus im Betrieb des Kolbens in der Brennkraftmaschine entsprechende Verbrennungstemperaturen und Verbrennungsdrücke resultieren, die gesamte Belastung des Systems aus Bolzenbohrung und Kolbenbolzen immer noch sehr hoch und die Abstützung des Kolbenbolzens in der Bolzenbohrung nicht optimal.It is known from the published patent application DE 21 52 462 or the patent DE 27 56 878 C2, that the pin bore in the direction of the inner region of the piston has a relative to the pin axis uniformly widening (in approximately trumpet-shaped) course. In the patent DE 30 36 062 C2 an expansion is present only above the bore axis. With these widening curves of the pin bore in the axial direction of the inner region of the piston, although a better support of the bolt on the surface of the pin bore is already achieved when the Bolt deformed during operation of the piston, however, due to the requirements of modern internal combustion engines in terms of consumption and exhaust emissions, resulting in the operation of the piston in the engine corresponding combustion temperatures and combustion pressures, the total load of the system of pin bore and piston pin is still very high and the support of the piston pin in the pin bore not optimal.
Neben diesen Ausgestaltungen von Kolben ist es bekannt, den Kolben über einen Kolbenbolzen mit einem Pleuel zu verbinden. Diese Konstruktion ist allgemein bekannt. Da der Kolbenbolzen auch beim Einsatz der vorstehend beschriebenen Kolben mit den entsprechenden Kolbenbolzenbohrungen in Längsrichtung betrachtet eine rein zylindrische Form aufweist, weist auch die Pleuelbohrung des Pleuels eine rein zylindrische Form auf. Verlaufende Pleuelbohrungen mit Aufweitungen, Asymmetrien oder dergleichen sind bisher nicht bekannt geworden.In addition to these embodiments of piston, it is known to connect the piston via a piston pin with a connecting rod. This construction is well known. Since the piston pin viewed in the longitudinal direction has a purely cylindrical shape when using the piston described above with the corresponding piston pin holes, also the connecting rod bore of the connecting rod has a purely cylindrical shape. Bleeding connecting rod bores with widenings, asymmetries or the like have not been previously known.
Der bekannte Stand der Technik versucht in vielfältiger Weise, die Verformung der Bolzenbohrung (auch Nabenbohrung genannt) zu kompensieren, indem entlang der Mantellinie segment- und/oder abschnittsweise die Bohrung oval, kreisförmig oder zylindrisch ausgelegt wird. Eine stufenlose, über die gesamte Mantelfläche angepaßte Formgebung, die exakt die Verformung der Bolzenbohrung im Belastungsfall abbildet, ist mit diesen Lösungen gemäß dem Stand der Technik nicht erreichbar. Hinzu kommt noch, dass es für die Pleuelbohrung (auch Pleuelauge genannt) bisher überhaupt keine den Verformungen angepaßte Geometrie gab.The known prior art attempts in many ways to compensate for the deformation of the pin bore (also called hub bore) by segmentally and / or sections the bore oval, circular or cylindrical along the surface line is designed. A stepless, over the entire lateral surface adapted shaping, which maps exactly the deformation of the pin bore in the load case, is not achievable with these solutions according to the prior art. In addition, there was for the connecting rod bore (also called connecting rod eye) so far no deformation adapted geometry.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine als Formbohrung ausgebildete Pleuelbohrung eines Pleuels bereitzustellen, die die eingangs geschilderten Nachteile vermeidet, das heißt, mit der eine höhere Belastung des gesamten Systems, bestehend aus Kolben und Pleuel, erzielbar ist und die auf das System wirkenden Kräfte reduziert werden.The invention is therefore based on the object to provide a formed as a shaped bore connecting rod bore of a connecting rod, which avoids the disadvantages described above, that is, with a higher load on the entire system, consisting of piston and connecting rod, can be achieved and acting on the system Forces are reduced.
Diese Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass die Pleuelbohrung eine Aufweitung aufweist und die Aufweitung in axialer Richtung in Richtung der Kolbennaben, oberhalb einer Bohrungsachse der Bolzenbohrung, bezogen auf eine Kolbenhubachse (bei montiertem System, bestehend aus Kolben, Kolbenbolzen und Pleuel), kleiner ist als die Aufweitung unterhalb der Bohrungsachse (oder umgekehrt). Damit wird der Umstand ausgenutzt, dass aufgrund der Geometrie der Pleuelbohrung die Auflageflächen des Kolbenbolzens in der Pleuelbohrung, insbesondere in Richtung der Kolbenhubachse bei der Auf- und Abbewegung des Kolbens im Zylinder der Brennkraftmaschine, den Verformungen des Kolbenbolzens angepaßt sind. Darüber hinaus berücksichtigt diese spezielle Aufweitung der Pleuelbohrung nicht nur die Verformung des Kolbenbolzens, sondern auch die Verformung des Pleuels selber während des Betriebes in der Brennkraftmaschine, was bisher im Stand der Technik unberücksichtigt blieb. Aufgrund dieser Verformungen sowohl des Pleuels als auch des Kolbenbolzens im Betrieb, die oberhalb und unterhalb der Bolzenachse unterschiedlich sind, ermöglicht es die Erfindung jetzt, diese Belastungen des Kolbenbolzens gleichmäßig auf die Auflageflächen auf die Pleuelbohrung (insbesondere in dessen Zenit und in den Bereichen darum herum, bezogen auf die Kolbenhubachse) zu verteilen und somit die gesamte Belastung des Systems aus Bolzenbohrung und Bolzen sowie Pleuel zu reduzieren. Damit ist insgesamt eine höhere Belastung des gesamten Systemes erzielbar, da mit der Erfindung die Verformung des Kolbenbolzens im Belastungsfall an die Verformung des Pleuels selber (bzw. dessen Pleuelbohrung) angepaßt ist.This object is solved by the features of patent claim 1. According to the invention, it is provided that the connecting rod bore has a widening and the widening in the axial direction in the direction of the piston hubs, above a bore axis of the pin bore, relative to a piston stroke axis (in the assembled system consisting of piston, piston pin and connecting rod) is smaller than the widening below the bore axis (or vice versa). Thus, the fact is exploited that due to the geometry of the connecting rod bore the bearing surfaces of the piston pin in the connecting rod bore, in particular in the direction of Kolbenhubachse in the up and down movement of the piston in the cylinder of the internal combustion engine, the deformations of the piston pin are adjusted. In addition, this special expansion of the connecting rod bore not only takes into account the deformation of the piston pin, but also the deformation of the connecting rod itself during operation in the internal combustion engine, which was previously disregarded in the prior art. Because of these deformations of both the connecting rod and the piston pin in operation, which are different above and below the pin axis, the invention now allows these loads of the piston pin evenly on the bearing surfaces on the connecting rod bore (especially in the zenith and in the areas around it , relative to the piston stroke axis) and thus to reduce the total load of the system of pin bore and bolt and connecting rod. Thus, a total of a higher load on the entire system can be achieved because with the invention, the deformation of the piston pin is adapted to the deformation of the connecting rod itself (or its connecting rod bore) in the load case.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Mantellinien der Pleuelbohrung rund oder oval. Durch diese Freiheiten in der Bohrungsgeometrie über die axiale Erstreckung kann eine weitere Anpassung an die Verformung von Pleuel und Kolbenbolzen im Belastungsfall erfolgen.In a further embodiment of the invention, the generatrices of the connecting rod bore are round or oval. Due to these freedoms in the bore geometry over the axial extension, a further adaptation to the deformation of the connecting rod and piston pin in the event of loading can take place.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Aufweitung der Pleuelbohrung ausgehend von deren Mittelpunkt (durch die die Kolbenhubachse läuft) in Richtung des Pleuelaußenbereiches trompetenförmig ausgebildet. Durch diese Aufweitung, die vorzugsweise genau in der Mitte der Pleuelbohrung beginnt und sich trompetenförmig nach außen hin zu deren Randbereichen aufweitet, kann die Verformung des Kolbenbolzens im Betrieb - wie vorstehend schon erläutert - wirksam aufgefangen werden. Das heißt, dass keine Bereiche mit Spannungsspitzen im Material entstehen, aus denen eine Bruchgefahr resultieren könnte. Das heißt mit anderen Worten, dass die trompetenförmige Aufweitung der Pleuelbohrung dazu beiträgt, dass Bruchstellen im Pleuel bzw. im Kolbenbolzen vermieden werden.In a further development of the invention, the widening of the connecting rod bore, starting from the center thereof (through which the piston stroke axis runs), is formed trumpet-shaped in the direction of the connecting rod outer region. By this expansion, which preferably begins exactly in the middle of the connecting rod bore and widens trumpet-shaped outward to the edge regions, the deformation of the piston pin in operation - such as already explained above - be effectively absorbed. This means that there are no areas of stress spikes in the material that could result in a risk of breakage. In other words, the trumpet-shaped widening of the connecting rod bore contributes to avoiding break points in the connecting rod or in the piston pin.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Übergang von einem Abschnitt mit einer ersten Formgebung zum nächsten Abschnitt mit einer anderen Formgebung verlaufend ausgebildet ist. Damit erreicht die Erfindung in vorteilhafter Weise, dass die bisher bekannte abschnittsweise Formgebung der Bolzenbohrung aufgelöst wird, in dem bei der Bearbeitung verlaufende Übergänge zum Beispiel von kreisförmigen zu zylindrischen, von kreisförmigen zu ovalen, von zylindrischen zu ovalen, von ovalen zu kreisförmigen, von ovalen mit einem ersten Radius zu einer ovalen Formgebung mit einem anderen Radius und dergleichen geschaffen wird. Hier sei darauf hingewiesen, dass die gerade erfolgte Aufzählung nur beispielhaft und nicht beschränkend ist. Weiterhin weisen in vorteilhafter Weise die in die jeweilige Geometrie über den Bohrungsumfang übergehende Form unterschiedliche Radien aus, so dass die Längsachsen der jeweiligen Abschnitte mit ihrer bestimmten Formgebung sowohl senkrecht als auch parallel zur Kolbenachse mit über den Umfang unterschiedlicher Ausdehnung ausgelegt werden. So weisen zum Beispiel die in die ovale Geometrie über den Bohrungsumfang übergehende Form unterschiedliche Radien aus, so dass die Längsachsen der einzelnen Ovalitäten sowohl senkrecht als auch parallel zur Kolbenachse (= Kolbenhubachse) mit über den Umfang unterschiedlicher Ausdehnung ausgelegt werden. Diese konstruktiven und bearbeitungsmäßigen Freiheiten in der abschnittsweisen Geometrie und damit der gesamten Geometrie über die axiale Erstreckung der Bolzenbohrung (= Bohrungslänge) sowie deren Mantelflächen erlauben damit erst eine genaue, exakte Anpassung an die Verformung der Bolzenbohrung bzw. des Bolzens während des Betriebes des Pleuels in Verbindung mit dem Kolben der Brennkraftmaschine.In a development of the invention, it is provided that the transition from a section having a first shaping to the next section having a different shape is designed to run. Thus, the invention achieves in an advantageous manner that the previously known sectional shape of the pin bore is dissolved in the running during processing transitions, for example, from circular to cylindrical, from circular to oval, from cylindrical to oval, from oval to circular, from oval is created with a first radius to an oval shape with a different radius and the like. It should be noted here that the list just given is only an example and not restrictive. Furthermore, advantageously in the respective geometry over the bore circumference transition shape different radii, so that the longitudinal axes of the respective sections are designed with their particular shape both perpendicular and parallel to the piston axis with over the circumference of different expansion. Thus, for example, the shape that merges into the oval geometry over the bore circumference have different radii, so that the longitudinal axes of the individual ovalities are designed both vertically and parallel to the piston axis (= piston stroke axis) with different expansion over the circumference. This constructive and processing freedoms in the sectional geometry and thus the entire geometry on the axial extent of the pin bore (= bore length) and the lateral surfaces thus allow only a precise, exact adaptation to the deformation of the pin bore or the bolt during operation of the connecting rod in Connection to the piston of the internal combustion engine.
Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass ausgehend vom Zenit der Bolzenbohrung in Richtung des einem Verbrennungsraum der Brennkraftmaschine zugewandten Bereiches des Kolbens die Mantellinie mit über die axiale Erstreckung und des Umfanges der Bolzenbohrung elliptisch mit sich verändernden Radien ausgebildet sind. So kann beispielsweise die Form (Geometrie) der Bolzenbohrung eine ovale, kreisrunde (zylindrische) und wieder ovale Geometrie stufenlos mit frei gewählter Ausrichtung und Länge der Ovalitätsachsen aufweisen. Die Wahl der Ausrichtung und Länge der Ovalitätsachsen richtet sich dabei nach den Geometrien des Kolbens, insbesondere der axialen Erstreckung und des Durchmessers des Bolzens sowie insbesondere nach dem Durchmesser und der Kolbenhöhe des Kolbens.A particular embodiment of the invention provides that, starting from the zenith of the pin bore in the direction of a combustion chamber of the engine facing the region of the piston, the generatrix with over the axial extent and the circumference of the pin bore elliptical with varying radii are formed. Thus, for example, the shape (geometry) of the pin bore can have an oval, circular (cylindrical) and again oval geometry steplessly with freely selected orientation and length of the ovality axes. The choice of the orientation and length of the ovality axes depends on the geometries of the piston, in particular the axial extent and the diameter of the bolt and in particular on the diameter and the piston height of the piston.
Insgesamt bietet die Erfindung eine optimierte, d.h. den Verformungskräften angepasste Formgebung der Bolzenbohrung zur Minimierung der Reibung in der Bolzennabe bei gleichzeitiger Sicherstellung der Schmierung des Kolbenbolzens über die gesamte Mantelfläche. Hier ist besonders von Bedeutung, dass die Erfindung eine Schmierung des Kolbenbodens über die gesamte Mantelfläche ermöglicht, was bei den bisherigen Ausführungsformen gemäß dem Stand der Technik nicht möglich war. Außerdem führt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Geometrie der Bolzenbohrung zu einer Verringerung der Bruchgefahr von Kolben bzw. Kolbenbolzen, einer Gewichtserleichterung unter Beibehaltung der Festigkeit sowie einer weiteren Reduzierung von Reibungskräften.Overall, the invention provides an optimized, i. the deformation forces adapted shaping of the pin bore to minimize the friction in the pin hub while ensuring the lubrication of the piston pin over the entire lateral surface. Of particular importance here is that the invention makes it possible to lubricate the piston crown over the entire lateral surface, which was not possible in the previous embodiments according to the prior art. In addition, the inventive design of the geometry of the pin bore leads to a reduction of the risk of breakage of piston or piston pin, a weight reduction while maintaining the strength and a further reduction of frictional forces.
In der Figur ist ausschnittsweise ein Pleuel eines Kolbens einer Brennkraftmaschine gezeigt, anhand dessen die Erfindung erläutert wird.In the figure, a connecting rod of a piston of an internal combustion engine is shown in detail, by means of which the invention will be explained.
In dem Pleuel 1 ist eine Bolzenbohrung 2 eingebracht, die eine Bohrungsachse 3 aufweist. Ein bei Betrachtung der Figur rechter Bereich ist mit 4 und ein linker Bereich mit 9 bezeichnet, so dass sich die eine nicht weiter dargestellte Kolbennabe bei Betrachtung der Figur rechts von dem Pleuel 1 befindet. In der Figur ist sehr gut zu erkennen, dass sich die Bolzenbohrung 2 (ausgehend von der Mitte 11) in Richtung des rechten Bereiches 4 und des linken Bereiches 9 aufgrund der Symmetrie des Systems Kolben/Bolzen/Pleuel gleichartig aufweitet und einen trompetenförmigen (oder vergleichbaren) Verlauf aufweist. Die Mantellinien 5 oder 6 der sich aufweitenden Bolzenbohrung 2 können unterschiedliche Dimensionen aufweisen und sind je nach Pleuelgeometrie rund oder oval mit sich im axialen Verlauf (in Richtung des Bereiches 4 und Bereiches 9) verändernden Durchmesser bzw. sich ändernden kleinen und großen Halbachsen des Ovals. Für die Erfindung ist es wichtig, dass eine obere Achse 7, bezogen auf die Bohrungsachse 3, kleiner ist als die untere Achse 8 unterhalb der Bohrungsachse 3 (oder auch umgekehrt). Durch diese sich gleichartig aufweitenden Verläufe der Bolzenbohrung, einmal ausgehend von der Mitte 11 in Richtung des äußeren Bereiches 4 und einmal wieder ausgehend von der Mitte 11 in Richtung des äußeren Bereiches 9, wird es ermöglicht, dass der nicht dargestellte Kolbenbolzen sowohl unter Berücksichtigung seiner eigenen Verformung als auch unter Berücksichtigung der Verformung des Pleuels 1 im Betrieb der Brennkraftmaschine optimal in der Bolzenbohrung 2 abgestützt wird. Diese Abstützung findet insbesondere in den Bereichen des Zenites der Bolzenbohrung 2 und darum herum bezogen auf die Kolbenhubachse 10 statt.In the connecting rod 1, a pin bore 2 is introduced, which has a bore axis 3. A right-hand area when viewing the figure is denoted by 4 and a left-hand area by 9, so that the one not-shown piston hub is located to the right of the connecting rod 1 when looking at the figure. In the figure it can be seen very well that the pin bore 2 (starting from the middle 11) in the direction of the right portion 4 and the left portion 9 due to the symmetry of the system piston / pin / conrod expands identically and a trumpet-shaped (or comparable ) Course. The generatrices 5 or 6 of the expanding pin bore 2 may have different dimensions and are depending on the connecting rod geometry round or oval with in the axial course (in the direction of the area 4 and area 9) changing diameter or changing small and large semi-axes of the oval. For the It is important for the invention that an upper axis 7, with respect to the bore axis 3, is smaller than the lower axis 8 below the bore axis 3 (or vice versa). By this similar widening courses of the pin bore, once starting from the center 11 in the direction of the outer region 4 and once again starting from the center 11 in the direction of the outer region 9, it is possible that the piston pin, not shown both in consideration of his own Deformation as well as taking into account the deformation of the connecting rod 1 in the operation of the internal combustion engine is optimally supported in the pin bore 2. This support takes place in particular in the areas of the zenith of the pin bore 2 and around it with respect to the piston stroke axis 10.
Auf jeden Fall ist die Form der sich aufweitenden Bolzenbohrung von der Mitte 11 ausgehend eine Trompetenform (oder eine vergleichbare Form) und von der Mitte 11 in Richtung Bereich 4 symmetrisch zu dem Verlauf von Mitte 11 bis Bereich 9.In any case, the shape of the widening pin bore starting from the middle 11 is a trumpet shape (or a comparable shape) and from the middle 11 in the direction of area 4 symmetrical to the course of the middle 11 to 9 area.
Insgesamt hat die Erfindung also die Vorteile, dass die Reibung im gesamten System, bestehend aus Kolben, Kolbenbolzen und Pleuel, verringert wird, dass eine verbesserte Schmierung gegeben ist und die Bruchgefahr der beteiligten Bauelemente, insbesondere des Kolbenbolzens, verringert ist.Overall, the invention thus has the advantages that the friction in the entire system, consisting of piston, piston pin and connecting rod, is reduced, that improved lubrication is given and the risk of breakage of the components involved, in particular the piston pin is reduced.
Die vorliegende Erfindung löst also die bisher bekannte zylindrische Formgebung der Pleuelbohrung auf, indem bei der Bearbeitung verlaufende Übergänge von kreisförmigen zu zylindrischer und ovaler Formgebung geschaffen werden. Weiterhin weisen die in die ovale Geometrie über den Bohrungsumfang übergehenden Formen unterschiedliche Radien auf, so dass die Längsachsen der Ovalität sowohl senkrecht als auch parallel zu der Kolbenhubachse mit über den Umfang unterschiedlicher Ausdehnung ausgelegt werden. Diese Freiheiten in der Bohrungsgeometrie über die Bohrungslänge sowie der Mantelfläche erlauben damit erst eine exakte Anpassung an die Verformung im Belastungsfall des gesamten Systems.The present invention thus solves the hitherto known cylindrical shape of the connecting rod bore by creating transitions in the course of machining from circular to cylindrical and oval shape. Furthermore, the shapes merging into the oval geometry over the bore circumference have different radii, so that the longitudinal axes of the ovality are designed both vertically and also parallel to the piston stroke axis with different dimensions over the circumference. This freedom in the bore geometry over the bore length and the lateral surface thus allow only an exact adaptation to the deformation in the load case of the entire system.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung sieht dabei vor, ausgehend vom Zenit der Pleuelbohrung zum Außenbereich hin die Mantellinien mit über die Bohrungslänge als auch über den Bohrungsumfang elliptisch mit sich verändernden Radien auszuführen, so dass die Bohrungsform eine ovale, kreisrunde und wieder ovale Geometrie stufenlos mit frei gewählter Ausrichtung und Länge der Ovalitätsachsen aufweist. A special embodiment of the invention provides, starting from the zenith of the connecting rod bore to the outer area towards the generatrices with over the bore length as elliptical with varying radii over the bore circumference, so that the bore shape has an oval, circular and again oval geometry steplessly with freely selected orientation and length of the ovality axes.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1. Pleuel1. connecting rod
2. Bolzenbohrung2. Bolt hole
3. Bohrungsachse3rd bore axis
4. rechten Bereich4th right area
5. erste Mantellinie5th first generatrix
6. weitere Mantellinie6. further generatrix
7. obere Achse7th upper axis
8. untere Achse8th lower axis
9. linken Bereich9th left area
10. Kolbenhubachse10. piston stroke axis
11. Mitte11th middle
I1 II, III: Abschnitte I 1 II, III: Sections

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1.1.
Pleuel (1), in der eine Bolzenbohrung (2) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufweitung oberhalb einer Bohrungsachse (3), bezogen auf eine Kolbenhubachse (10), kleiner ist als eine Aufweitung unterhalb der Bohrungsachse (3), oder umgekehrt.Connecting rod (1) in which a pin bore (2) is arranged for receiving a piston pin, characterized in that an expansion above a bore axis (3), based on a Kolbenhubachse (10), is smaller than a widening below the bore axis (3 ), or the other way around.
2.Second
Pleuel (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufweitung in Richtung des rechten Bereiches (4) und in Richtung des rechten Bereiches (9) gleichartig trompetenförmig ausgebildet ist.Connecting rod (1) according to claim 1, characterized in that the widening in the direction of the right region (4) and in the direction of the right region (9) is formed in a similar trumpet shape.
3.Third
Pleuel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantellinien (5, 6) der Bolzenbohrung (2) rund oder oval sind.Connecting rod (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the generatrices (5, 6) of the pin bore (2) are round or oval.
4.4th
Pleuel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang von einem Abschnitt mit einer ersten Formgebung zu einem nächsten Abschnitt mit einer anderen Formgebung verlaufend ausgebildet ist.Connecting rod (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the transition from a portion having a first shape to a next portion having a different shape is designed to extend.
5.5th
Pleuel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Mitte (11) der Bolzenbohrung (2) in Richtung der Bereiche (4, 9) die Mantellinien mit über die axiale Erstreckung und des Umfanges der Bolzenbohrung (2) elliptisch mit sich verändernden Radien ausgebildet sind. Connecting rod (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that starting from the center (11) of the pin bore (2) in the direction of the regions (4, 9) the generatrices with over the axial extent and the circumference of the pin bore ( 2) are formed elliptically with changing radii.
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