ITMI990823A1

ITMI990823A1 - PISTON FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES

Info

Publication number: ITMI990823A1
Application number: IT1999MI000823A
Authority: IT
Inventors: Hans-Albert Michel
Original assignee: Federal Mogul Burscheid Gmbh
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2000-10-20
Also published as: ITMI990823A0; IT1312194B1; DE19818869C1

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo: Description of the patent for industrial invention entitled:

"Pistone per motori a combustione interna" "Piston for internal combustion engines"

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda un pistone per motori a combustione interna, in particolare per motori a combustione interna di elevata potenza, con scanalature anulari di sezione trasversale rettangolare per le fasce elastiche o anelli del pistone in cui, nella scanalatura anulare, lato base, del pistone, è disposto, con gioco assiale, un anello di tenuta. The present invention relates to a piston for internal combustion engines, in particular for high-power internal combustion engines, with annular grooves of rectangular cross section for the piston rings or piston rings in which, in the annular groove, on the base side, of the piston , a sealing ring is arranged with axial play.

I motori a combustione interna di elevata potenza, come ad esempio i moderni motori Diesel, sono sottoposti ad elevate sollecitazioni termiche. Il livello di temperatura nelle scanalature del pistone, in particolare nella prima scanalatura anulare lato base del pistone, è molto più elevato rispetto ad altri motori. I gas surriscaldati passano sul profilo esterno del pistone nelle scanalature anulari. L'elevata temperatura determina indesiderata carbonizzazione dell'olio qui presente, provocando così depositi sui fianchi degli anelli o fasce elastiche del pistone. Questi depositi impediscono la mobilità radiale degli anelli o fasce elastiche del pistone, ed influenzano così negativamente la funzionalità degli anelli o fasce elastiche stessi. High-power internal combustion engines, such as modern diesel engines, are subjected to high thermal stresses. The temperature level in the piston grooves, especially in the first annular groove on the piston base side, is much higher than in other engines. The superheated gases pass over the outer profile of the piston into the annular grooves. The high temperature causes undesirable carbonization of the oil present here, thus causing deposits on the sides of the rings or piston rings. These deposits prevent the radial mobility of the piston rings or piston rings, and thus negatively affect the functionality of the rings or piston rings themselves.

Per mantenere separati i gas di combustione surriscaldati dagli anelli del pistone, è già stato proposto, secondo il Brevetto Tedesco DE PS 907 607, di prevedere una guarnizione a labirinto nella zona della costolatura. Il problema nel funzionamento di motori a combustione interna consiste pure nel fatto che i gas di scarico generati contengono sostanze nocive, in particolare idrocarburi. In order to keep the superheated combustion gases separated from the piston rings, it has already been proposed, according to the German Patent DE PS 907 607, to provide a labyrinth seal in the rib area. The problem in the operation of internal combustion engines also consists in the fact that the generated exhaust gases contain harmful substances, in particular hydrocarbons.

Gli idrocarburi nei gas di scarico sono prodotti da zone che non sono interessate, o lo sono solamente in modo incompleto, dalla combustione. Una simile zona e, ad esempio, la zona al di sopra del primo anello di compressione tra il pistone e la parete del cilindro. Questa zona è definita dalla fascia superiore sul pistone. La miscela aria-combustibile combusta solo in maniera incompleta nella zona della fascia superiore contiene le sostanze nocive che in generale vengono designate, nei gas di scarico, come emissione HC. Per minimizzare il volume di queste sostanze nocive nella zona della fascia superiore, vengono mantenute a dimensioni quanto più piccole possibili le ampiezze delle fessure tra il pistone ed il foro del cilindro, ma, in questo caso, tuttavia, non è possibile superare certe tolle-ranze per far sì che il pistone non abbia ad impattare sulla parete del cilindro. The hydrocarbons in the exhaust gases are produced in areas that are not, or are only partially affected, by combustion. Such an area is, for example, the area above the first compression ring between the piston and the cylinder wall. This zone is defined by the upper band on the piston. The fuel-air mixture burns only incompletely in the area of the upper range contains the harmful substances which are generally referred to in the exhaust gases as HC emission. In order to minimize the volume of these harmful substances in the area of the upper band, the widths of the cracks between the piston and the cylinder bore are kept to the smallest possible size, but, in this case, however, it is not possible to exceed certain tolerances. rances to ensure that the piston does not have to impact on the cylinder wall.

.Nella menzionata guarnizione a labirinto rimangono residui di gas inutilizzati, per cui le percentuali di sostanze nocive nei gas di scarico aumentano . . Unused gas residues remain in the aforementioned labyrinth seal, as a result of which the percentages of harmful substances in the exhaust gases increase.

Il compito posto alla base della presente invenzione è quello di ridurre la temperatura nella scanalatura del pistone per evitare una carbonizzazione della scanalatura, senza che abbiano a verificarsi inconvenienti relativamente alle emissioni dei gas di scarico. The task underlying the present invention is to reduce the temperature in the piston groove to avoid carbonization of the groove, without causing problems with regard to exhaust gas emissions.

Tale compito viene risolto, secondo l'invenzione, grazie alle peculiarità caratterizzanti della rivendicazione 1 del brevetto. This task is solved, according to the invention, thanks to the characteristic features of claim 1 of the patent.

Vantaggiose forme di realizzazione dell'invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti. Advantageous embodiments of the invention are defined in the dependent claims.

Grazie alla particolare realizzazione dei fianchi della scanalatura anulare, è possibile ottenere il contatto dell'anello del pistone sul fianco inferiore della scanalatura in modo più veloce rispetto a quanto era sinora possibile realizzare. Thanks to the particular construction of the flanks of the annular groove, it is possible to obtain contact of the piston ring on the lower flank of the groove in a faster way than was possible up to now.

Ampliando il gioco assiale nella zona anteriore della scanalatura, viene parzialmente eliminata l'azione di parzializzazione peraltro usuale dei giochi assiali estremamente piccoli tra il fianco superiore dell'anello ed il fianco della scanalatura. In tal modo, viene attivata un più rapido aumento della pressione sul fianco dell'anello e sul diametro interno dell'anello stesso. L'anello del pistone, che poggia, grazie a ciò, più a lungo sul fianco inferiore della scanalatura, può meglio trasmettere la temperatura del pistone sulla superficie di scorrimento del cilindro. By widening the axial clearance in the front region of the groove, the usual throttling action of the extremely small axial clearances between the upper side of the ring and the side of the groove is partially eliminated. In this way, a more rapid increase in pressure is activated on the side of the ring and on the inner diameter of the ring itself. The piston ring, which thus rests longer on the lower flank of the groove, can better transmit the piston temperature to the sliding surface of the cylinder.

Per limitare il movimento assiale dell'anello o fascia elastica del pistone, nella scanalatura, rimane inalterata la zona interna della scanalatura con gioco assiale normale. To limit the axial movement of the piston ring or piston ring, in the groove, the internal area of the groove with normal axial play remains unchanged.

L'invenzione sarà ora illustrata tramite una forma di realizzazione esemplificativa con riferimento ad un'unica Figura e sarà descritta dettagliatamente in seguito. The invention will now be illustrated by way of an exemplary embodiment with reference to a single Figure and will be described in detail below.

La Figura illustra un pistone 1 secondo la presente invenzione posizionato all'interno di un cilindro 2. Il pistone presenta scanalature anulari o gole 3, 4, con un allargamento 5., 5' secondo l'invenzione. Nella scanalatura o gola anulare superiore 3 è previsto un anello di guarnizione 6, o fascia elastica, con sezione trasversale rettangolare. The Figure illustrates a piston 1 according to the present invention positioned inside a cylinder 2. The piston has annular grooves or grooves 3, 4, with a widening 5., 5 'according to the invention. In the upper annular groove or groove 3 there is provided a sealing ring 6, or elastic band, with a rectangular cross section.

Il fianco 7, lato base del pistone, della scanalatura anulare 3 si allarga verso l'esterno a diffusore. Il fianco 7, che si estende nella zona radialmente interna parallelamente al fianco dell'anello o fascia elastica del pistone, presenta un gioco assiale, come è usuale nelle attuali scanalature. L'anello 6 del pistone non può perciò esercitare all'interno della scanalatura anulare 3 alcun ulteriore movimento come era sinora possibile. Radialmente prima del baricentro 8 inizia il passaggio dalla zona rettangolare a quella a diffusore, il quale passaggio o raccordo è eseguito come raggio R. The side 7, base side of the piston, of the annular groove 3 widens outwards like a diffuser. The side 7, which extends in the radially internal area parallel to the side of the piston ring or elastic band, has an axial play, as is usual in current grooves. The piston ring 6 cannot therefore exert any further movement within the annular groove 3 as was possible up to now. Radially before the center of gravity 8 begins the passage from the rectangular zone to the diffuser zone, which passage or connection is performed as a radius R.

Il gas fuoriuscente dalla camera di combustione 9 perviene, attraverso la fessura tra il cilindro 2 ed il pistone 1, nella scanalatura anulare 3, poiché il gioco assiale nella zona a diffusore è notevolmente superiore rispetto alla zona rettangolare, essendo così eliminata l'azione di parzializzazione, ed il gas essendo convogliato nella zona di passaggio accelerato posteriormente all'anello 6. Attraverso la zona eseguita come raggio, si evita che si verifichino turbolenze. The gas coming out of the combustion chamber 9 reaches, through the gap between the cylinder 2 and the piston 1, in the annular groove 3, since the axial clearance in the diffuser zone is considerably higher than in the rectangular zone, thus eliminating the action of partialisation, and the gas being conveyed into the accelerated passage area behind the ring 6. Through the area created as a radius, turbulence is avoided.

Entro l'ambito dell'invenzione è naturalmente pure possibile realizzare la seconda scanalatura o gola anulare 4 come la scanalatura o gola anulare 3. Within the scope of the invention it is of course also possible to make the second annular groove or groove 4 as the annular groove or groove 3.

Claims

CLAIMS 1. Piston for internal combustion engines, in particular for high-power internal combustion engines, with annular grooves of rectangular cross section for the piston rings, in which an axial clearance is arranged in the annular groove on the base side of the piston with an axial clearance seal ring, characterized by the fact that the flank (7), base side of the piston, of the annular groove (3, 4) of the seal ring (6) partially widens in a radial direction outwards in the manner of a diffuser, in which the the transition from the rectangular zone to the diffuser zone is made as a radius (8), in which the radius (R) is greater than 0.1 mm.

2. Piston according to claim 1, characterized in that the diffuser widening falls within the angular range a of from 1 to 70 °.

3. Piston according to claims 1 and 2, characterized in that the expansion fitting is positioned in the area between the outer circumferential surface of the piston and the center of gravity (8) of the sealing ring (6).