KR820001626B1

KR820001626B1 - Piston for internal combustion engine

Info

Publication number: KR820001626B1
Application number: KR7602463A
Authority: KR
Inventors: 엘스베트 루드비히; 엘스 베트 귄터
Original assignee: 엘스베트 루드비히; 엘스 베트 귄터
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1982-09-11

Abstract

The piston for diesel engines, has a combustion chamber (3) arranged in the piston head. The latter is preferably a ring carrier(6) and supported by a mantle(4) connecting the ring carrier with the foot portion of the piston. The mantle partially surrounds the combustion chamber, and thermal insulation material(11) or the like is provided between the mantle and the combustion chamber at least within the region of the combustion chamber opening(10). In addition to the insulation material, there are additional insulation provisions made on the mantle between the latter and the ring carrier and/or the foot portion of the piston.

Description

Pistons of internal combustion engines

제1도는 본 발명의 단열부를 가지는 피스턴의 중심 종단면도.1 is a central longitudinal cross-sectional view of a piston having a heat insulating portion of the present invention.

제2도는 제1도에 표시한 피스턴의 부분적인 확대 상세도.FIG. 2 is a partial enlarged detail of the piston shown in FIG.

제3도는 제1도의 1-1선에 따른 단면도.3 is a cross-sectional view taken along the line 1-1 of FIG.

본 발명은 내연기관용 피스턴에 관한 것으로서 연소실이 피스턴 헤드 내에 배설되고 이 피스턴헤드가 링지지체로서 구성되어 이 링지지체를 피스턴 하부와 결합하는 맨틀(mantle)에 의하여 지지되고 이 맨틀도 연소실을 부분적으로 둘러싸고 이 연소실자체가 적어도 연소실 개구의 범위에서 연소실과 상기 맨틀과의 사이를 단열하는 부재를 가지고 또 상기 링지지체가 실린더 내주면에 적어도 하나의 밀봉부재를 가지는 형식의 것에 관한 것이다.The present invention relates to a piston for an internal combustion engine, in which a combustion chamber is disposed in a piston head, the piston head is configured as a ring support, which is supported by a mantle that couples the ring support to the lower part of the piston, which also partially surrounds the combustion chamber. This combustion chamber itself has a member which insulates between a combustion chamber and the said mantle in the range of a combustion chamber opening at least, and the said ring support body has at least 1 sealing member in the cylinder inner peripheral surface.

내연기관 특히 디이젤기관의 최근의 구조형으로는 연료성분과 공기성분을 연소실내에서 충분히 혼합하는 것 이외로 연소 온도의 점에서도 서로 조화시키는 경우에 특히 연료성분과 공기성분과의 사이의 연소과정을 최적으로 하는 것이 가능하다고 이전부터 알려져 있다. 그것은 연료와 공기와의 혼합가스의 온도를 최적의 상태로 하는 것에 의하여 상기 혼합가스의 완전연소 및 유해물질의 될 수 있는한 소량의 방출이 가능하게 되기 때문이다.The recent structural type of internal combustion engines, especially diesel engines, optimizes the combustion process between fuel components and air components especially when the fuel components and air components are mixed in the combustion chamber in addition to sufficiently mixing the fuel components and air components. It is known from the past that it is possible. This is because by optimizing the temperature of the mixed gas of fuel and air, it is possible to completely burn the mixed gas and release as little as possible of harmful substances.

연소실 나아가서는 연료-공기성분을 이와같이 최적온도로 하기 위하여 연소실에 라이닝을 설치하고 예를들면 구형의 연소실내에 연소실 개구범위에서는 현저하게 뜨거운 고열부위가 또 연소실 저부범위에서는 너무 뜨겁지 않은 저열부위가 존재하는 것 같은 연소실의 온도 분포를 생기게 하게 상기 라이닝을 구성하는 것을 공지로 되어 있다.In order to achieve the optimum temperature in the combustion chamber and thus the fuel-air components, linings are installed in the combustion chamber, for example, there are remarkably hot high heat portions in the combustion chamber opening range and low heat portions not too hot in the combustion chamber bottom range. It is known to configure such linings to produce a temperature distribution of the combustion chamber which is as follows.

이 형식의 연료분사식 내연기관용의 중앙연소실을 가지는 공지의 피스턴에서는 중앙연소실은 구형이고 피스턴 헤드에 배설되어 있고 또 연소실 개구의 범위에 단열부재를 가지고 있다. 이 피스턴에서는 단열부재는 삽입형으로 구성되어 있고 이 삽입부의 높이 즉 연소실 개구부터 연소실 저부로 향하는 삽입부의 깊이는 내연기관의 무부하 운전시에 연료분사류가 연소실내에 침입하는 정도로 설계되어 있다.In a known piston having a central combustion chamber for a fuel injection type internal combustion engine of this type, the central combustion chamber is spherical, disposed in the piston head, and has a heat insulating member in the range of the combustion chamber opening. In this piston, the heat insulating member has an insertion type, and the height of the insertion portion, that is, the depth of the insertion portion directed toward the combustion chamber opening part and the combustion chamber bottom is designed such that fuel injection flows into the combustion chamber during no load operation of the internal combustion engine.

이미 기술한 바와 같이 연소실 개구의 범위내에 설치된 상기 삽입부는 공지의 구조에서는 특히 연소실 중심에 향하여 협착(狹窄)되어 있고 따라서 연소실 내에서 연소되는 연료공기 성분은 연소실부터 압출되는 사이에 또 한번 삽입부의 협착개소를 찰과하고 상기 성분이 미연소상태로 그것에 달하는 한 이 협착개소에서 연소된다. 이것에 의하여 연소뿐만이 연소실부터 배기계통에 취입되므로 배기가스 방출분은 감소되는 것이 된다.As already described, the inserts provided within the range of the combustion chamber openings are constricted in the known construction, in particular towards the center of the combustion chamber, so that the fuel air component combusted in the combustion chamber is once again constricted between the extrusions from the combustion chamber. As long as the part is rubbed and the component reaches it in the unburned state, it is burned in this stricture point. As a result, since only combustion is blown into the exhaust system from the combustion chamber, the exhaust gas emission is reduced.

연소실내에 단열삽입부를 조입하는 것에 의하여 연소실의 온도를 최적으로 하는 이외로 밀봉외주벽으로서 구성된 링지지체에의 열류(熱流)는 충분히 저지되며 따라서 상기 링지지체에 장착되어 있는 밀봉부재는 현저하게 강한 과열부터 그것에 상응하게 보호된다.By incorporating the insulator insert into the combustion chamber, the heat flow to the ring support constructed as the seal outer circumferential wall is sufficiently prevented in addition to optimizing the temperature of the combustion chamber, so that the sealing member mounted to the ring support is remarkably. It is correspondingly protected from strong overheating.

특히 고출력을 위한 내연기관에서는 연소실의 온도분포를 말할 수 없게 할 것 및 연소실부터 특히 링지지체에 흐르는 열류를 말할 수 없게 저지하는 것이 소망되어 있다(독일연방공화국특허 제1,576,013호 명세서 참조).In particular, in an internal combustion engine for high power, it is desired to make the temperature distribution of the combustion chamber incapable of speaking and to restrain the heat flow flowing from the combustion chamber, in particular, the ring support (see the specification of the Federal Republic of Germany Patent No. 1,576,013).

본 발명의 목적은 밀봉부재의 보호 이외에 연소실의 온도 분포를 최적의 상태로 하여 또 연소과정이 최적의 상태로 되게 열손실을 더한층 방지하는 것이다.It is an object of the present invention to further prevent heat loss in order to make the temperature distribution of the combustion chamber optimal in addition to the protection of the sealing member and to make the combustion process optimal.

이 목적을 달성하는 본 발명의 요지로 하는 것은 연소실의 상기 단열부재에 부가적으로 상기 맨틀과 링지지체와의 사이 또는 맨틀과 피스턴의 하부와의 사이에서 상기 맨틀에 별도의 단열수단이 설치되어 있어 또 상기 피스턴이 연소실 개구의 평면과 연소실 개구 평면에 인접한 밀봉링과의 사이에 위치하는 구분을 거쳐서 실린더에 접하고 있는 점에 있다.Summary of the Invention In order to achieve the object of the present invention, an additional heat insulating means is provided on the mantle between the mantle and the ring support or between the mantle and the lower part of the piston in addition to the heat insulating member of the combustion chamber. In addition, the piston is in contact with the cylinder through the division located between the plane of the combustion chamber opening and the sealing ring adjacent to the combustion chamber opening plane.

이와 같이 연소실을 부가적으로 단열한 것에 의하여 상기 목적이 유리하게 해결될 뿐 아니라 피스턴은 연소실 개구의 평면과 이것에 가장 가깝게 위치하는 밀봉링과의 사이의 외주벽 구분에 의하여 실린더 내주면에 접하고 따라서 이 구분을 소위 내화웨브로서 구성할 필요는 없어진다.The above object is advantageously solved by the additional insulation of the combustion chamber as well, and the piston is in contact with the inner circumferential surface of the cylinder by the circumference of the outer wall between the plane of the combustion chamber opening and the sealing ring located closest to it. The division does not need to be configured as a so-called fireproof web.

이와 같이 상기 외주벽 구분을 실린더 내주면에 접촉시키는 것에 의하여 얻어지는 장점은 연소실 개구의 평면에 가장 가까운 밀봉링이 연료-공기성분의 연소행정중에 가스압에 의하여 이제 강한 부하를 받는 일은 없으므로 이 밀봉링의 내용수명이 일층 길어지는 것이다.The advantage obtained by contacting the outer circumferential wall division with the inner circumferential surface of the cylinder is that the sealing ring closest to the plane of the combustion chamber opening is no longer subjected to strong load by gas pressure during the combustion stroke of the fuel-air component. Life is longer.

이 해결책의 다른 장점은 실린더 내주면에 상기 외주벽 구분을 근접시키는 것에 의하여 이 외주벽 구분과 실린더 내주면과의 사이에는 피스턴 특히 밀봉링의 현저한 마모를 야기시키는 연마성의 가성희 또는 카아본이 생기는 것이 거의 없어지는 것이다.Another advantage of this solution is that the proximity of the outer circumferential wall segment to the inner circumferential surface of the cylinder produces almost no abrasive caustic or carbon between the outer circumferential wall segment and the inner circumferential surface of the cylinder, which causes significant wear of the piston, especially the sealing ring. It is gone.

본 발명의 적절한 실시예에서는 맨틀에 설치한 단열수단은 맨틀의 만곡부로서 구성되어 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the thermal insulation means provided on the mantle is configured as a curved portion of the mantle.

만곡부에 의한 그와 같은 단열부는 제작이 간단할 뿐 아니라 맨틀의 소망부위에 용이하게 설치할 수가 있다.Such a heat insulation part by a curved part is not only easy to manufacture, but can also be easily installed in the desired part of a mantle.

본 발명의 피스턴을 사용하여 실험한 결과 링지지체와 맨틀과의 사이의 만곡부가 열소실개구의 평면범위내로 또 맨틀과 피스턴 하부와의 사이의 만곡부가 연소실의 저부의 범위 내에 설치되어 있는 경우에는 소기의 단열효과가 이루어지는 것을 알았다.As a result of the experiment using the piston of the present invention, when the curved portion between the ring support and the mantle is in the plane range of the heat dissipation opening, and the curved portion between the mantle and the lower part of the piston is provided within the range of the bottom of the combustion chamber, It was found that the thermal insulation effect of.

또 특히 제작상의 이유로서 상기 맨틀을 적어도 이 맨틀과 링지지체와의 만곡부부터 연소실 저부의 범위의 만곡부까지 회전대칭형으로 구성하는 것이 유리하다.In particular, for manufacturing reasons, the mantle is advantageously configured to be rotationally symmetrical from at least the curved portion between the mantle and the ring support to the curved portion in the range of the combustion chamber bottom.

다음에 도면의 의하여 본 발명의 실시예를 설명한다.Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

특히 적절하게 밀봉외주벽(2)과 이것과는 별개의 안내외주벽(도시않음)을 가지는 피스턴(1)에는 피스턴헤드 범위에 도시를 간단히 하기 위하여 회전대칭체로서 구성한 연소실(3)이 설치되어 있어서 이 연소실은 맨틀(4)에 의하여 부분적으로 둘러싸여지고 또 이 맨틀(4)은 상기 밀봉외주벽(2)과 피스턴(1)의 하부(5)와의 사이에 결합부를 형성하고 있다.In particular, the piston 1 having a sealing outer circumferential wall 2 and a guide outer circumferential wall (not shown) separate from it is provided with a combustion chamber 3 configured as a rotationally symmetrical body to simplify the illustration in the piston head range. In this combustion chamber, the combustion chamber is partially surrounded by the mantle 4, and the mantle 4 forms an engaging portion between the sealing outer circumferential wall 2 and the lower portion 5 of the piston 1.

본 실시예에서는 링지지체(6)의 형식으로 구성된 밀봉외주벽(2)은 실린더(7)의 내주면에 복수의 링홈(8)을 가지고 이들의 링홈내에는 실린더 내주면에 따라서 습동하고 실린더에 대하여 피스턴(1)을 밀봉하는 밀봉링(9)이 감입되어 있다. 이 경우 연료성분과 공기성분을 최적으로 연소시키기 위하여 필요한 온도를 연소실(3)에 유지시키기 위하여 연소실에는 특히 이 연소실의 개구(10)의 범위에 단열 삽입부(11)가 설치되어 있어서 이 단열삽입부는 열류가 연소실(3)부터 맨틀(4)을 거쳐 링지지체(6)에 흐르는 것을 완전하게 지지하게 구성되어 있다. 예를들면 카아본과 같은 불량 열전도성의 재료 또는 중공의 금속링으로된 단열삽입부는 고유의 단열특성 이외로 맨틀(4)에 대하여 부가적으로 단열되어 있어도 좋고 이와같은 경우 부가적인 단열부는 공기캡(12)의 형으로 설치된다.In the present embodiment, the sealing outer circumferential wall 2 formed in the form of the ring support 6 has a plurality of ring grooves 8 on the inner circumferential surface of the cylinder 7, and slides along the inner circumferential surface of the ring groove in these ring grooves, and pistons to the cylinder. The sealing ring 9 which seals (1) is inserted. In this case, in order to maintain the temperature necessary for optimal combustion of fuel and air components in the combustion chamber 3, the thermal insulation insert 11 is provided in the combustion chamber especially in the range of the opening 10 of this combustion chamber. The part is configured to completely support the flow of heat flow from the combustion chamber 3 through the mantle 4 to the ring support 6. For example, a thermally insulating insert made of a poor thermally conductive material such as carbon or a hollow metal ring may additionally be insulated from the mantle 4 in addition to its intrinsic insulating properties. Is installed in the mold of 12).

연료-공기성분의 연소에 기인하는 열류가 연소실(3)부터 특히 링지지체(6)에 흐르는 것을 일층 저지하기 위하여 맨틀(4)에는 부가적인 단열부가 설치되어 있어 이들의 단열부는 맨틀의 만곡부(13),(13')로서 구성되어 있어서 그중 한쪽의 만곡부(13')는 맨틀(4)과 링지지체(6)와의 중간에서 연소실개구(10)의 평면의 범위로 설치되어 있어 또 다른쪽의 만곡부(13)는 연소실(3)의 저부(14)의 범위에 설치되어 있다.In order to further prevent the flow of heat caused by the combustion of fuel-air components from the combustion chamber 3 to the ring support 6, the mantle 4 is provided with an additional heat insulating part, and the heat insulating part of the mantle is curved portion 13. And 13 ', and one of the curved portions 13' is provided in the plane of the combustion chamber opening 10 in the middle of the mantle 4 and the ring support 6, and the other curved portion. 13 is provided in the range of the bottom part 14 of the combustion chamber 3.

맨틀(4)에 이와 같이 만곡부(13),(13')를 설치하는 것에 의하여 열은 연소실( 3)의 저부(14)를 거쳐서야만 피스턴(1)의 하부(5)에 돌출되어 이 하부부터의 방열은 예를 들면 냉각오일과 같은 냉각매체의 분사에 의하여 비교적 신속하게 행하여진다.By providing the curved portions 13 and 13 ′ in the mantle 4 in this way, the heat is projected to the lower portion 5 of the piston 1 only through the bottom portion 14 of the combustion chamber 3, The heat radiation can be carried out relatively quickly by, for example, injection of a cooling medium such as cooling oil.

상기와 같은 단열작용과 이것에 관련한 연소실(3)부터 링지지체(6)에의 열류의 저지에 의하여 링지지체(6)에 장치되어 있는 밀봉링(9)의 열작용에 의한 부하는 충분히 제거되므로 밀봉링(9)은 이것에 부과되어 있는 과제 즉 실린더(7)에 대하여 피스턴(1)을 밀봉한다는 과제가 완전치 채워진다. 링지지체(6) 나아가서는 밀봉외주벽(2)에의 열류를 거의 완전히 저지하는 것에 의하여 연소실개구(10)와 이 연소실개구에 가장 가깝게 위치하고 있는 밀봉링(9)과의 사이의 외주벽구분(15)(제2도)을 소위 내화웨브로하여 구성할 필요는 이제 없고 오히려 그 자체를 밀봉외주벽으로하여 거의 실린더(7)의 내주면까지 근접시키는 것이 가능하다. 외주벽구분(15)을 실린더(7)의 내주면에 거의 접할 때까지 근접시키는 것에 의하여 한편에서는 링지지체(6)와 실린더(7)와의 사이의 간격(16)내에서 오일이 연소하고 카아본을 형성하는 일도 없고 또 기타 연마성의 가성회가 상기 간격(16)에 축적하여 그 현저한 공격성에 의하여 실린더(7)와 밀봉링(9) 및 링홈(8)을 침식하는 것도 없다. 이와같이 연소실(3)부터 링지지체(6)에의 방열을 충분히 저지한 것에 의하여 피스턴(1)은 피스턴이 식은 상태에 있어서도 연소실개구(10)의 평면과 최상위의 밀봉링(9)과의 사이에서는 비교적 큰 직경 D를 또 피스턴(1)의 반대의 단부에서는 비교적 작은 직경 d를 가지게 연삭(硏削) 할 수가 있다. 피스턴(1)이 뜨거운 상태일 때 혹은 이 피스턴이 가열되면 특히 상기 밀봉외주벽구분(15)은 반경방향으로 차례로 증대하여 이 외주벽 구분은 실린더(7)의 내주면에 완전히 접하여 또 상기 외주벽구분이 냉각되어도 실린더(7)와 이 외주벽구분과의 사이에 존재하는 유막은 밀봉슬라이브로 간주할 수가 있다.Since the load by the thermal action of the sealing ring 9 installed in the ring support body 6 is sufficiently removed by the heat insulating action as described above and the heat flow from the combustion chamber 3 to the ring support body 6 related thereto, the sealing ring is sufficiently removed. In (9), the problem imposed on this, that is, the problem of sealing the piston 1 with respect to the cylinder 7, is completely filled. The ring support 6 and the outer circumferential wall segment 15 between the combustion chamber opening 10 and the sealing ring 9 located closest to the combustion chamber opening by almost completely preventing heat flow to the sealing outer circumferential wall 2. (FIG. 2) does not need to be constituted as a so-called fireproof web, but rather it is possible to approximate itself to the inner circumferential surface of the cylinder 7 with itself as a sealing outer circumferential wall. By adjoining the outer circumferential wall segment 15 until it is almost in contact with the inner circumferential surface of the cylinder 7, on the other hand, the oil burns and the carbone is formed within the gap 16 between the ring support 6 and the cylinder 7. There is no formation, and no other caustic caustic ash accumulates in the gaps 16, and the marked attacking force does not corrode the cylinder 7, the sealing ring 9, and the ring groove 8. By sufficiently preventing heat radiation from the combustion chamber 3 to the ring support 6, the piston 1 is relatively between the plane of the combustion chamber opening 10 and the sealing ring 9 at the uppermost level even when the piston is cooled. The larger diameter D can be ground to have a relatively smaller diameter d at the end opposite to the piston 1. When the piston 1 is hot or the piston is heated, in particular, the sealing outer circumferential wall segment 15 increases radially in turn, so that the outer circumferential wall segment is completely in contact with the inner circumferential surface of the cylinder 7 and the outer circumferential wall segment. Even if this cooling is performed, the oil film existing between the cylinder 7 and this outer circumferential wall segment can be regarded as a sealing slave.

제1도에서는 알기 쉽게 하기 위하여 만곡부(13),(13')에는 현저하게 일어선 노치로 구성되어 있지만 이들의 만곡부(13),(13')를 별도의 형상으로 하는 것도 물론 가능하며 다만 이 경우 단열효과를 완전히 유지하게 주의를 하지 않으면 안된다.In FIG. 1, the curved portions 13 and 13 'are formed of notches that are remarkably raised for easy understanding, but the curved portions 13 and 13' may be formed in separate shapes, but the In this case, care must be taken to fully maintain the insulation effect.

피스턴(1)의 제조를 크게 단순화할 수 있게 하기 위하여 링지지체(6)를 피스턴 (1)의 하부(5)와 결합하는 맨들(4)은 회전대칭부분으로서 구성되어 있고 또 피스턴( 1)의 하부(5)만이 비회전대칭부분으로서 즉 추지포오크(17)로서 구성되어 있는 것에 불과하다. 예를들면 피스턴(1)의 하부(5)에 있어서의 상기 비회전 대칭부분은 이 경우 연소실(3)의 저부(14)를 기점으로하여 볼트베어링(18)의 연결포오크(17)를 가진 구분에 달하고 있다.In order to be able to greatly simplify the manufacture of the piston 1, the men 4 joining the ring support 6 with the lower part 5 of the piston 1 are configured as rotationally symmetrical parts and the Only the lower portion 5 is configured as a non-rotationally symmetric part, that is, as the fork fork 17. For example, the non-rotationally symmetric part in the lower part 5 of the piston 1 is in this case distinguished with a connecting fork 17 of the bolt bearing 18 starting from the bottom 14 of the combustion chamber 3. Is reaching.

상기 볼트베어링(18)을 거쳐서 피스턴(1)의 하부(5)는 크랭크 전동장치의 연접봉(도시않음)에 접속되어 있고 또 상기 연접봉에는 피스턴의 가이드부재(도시않음)가 결합되어 있다.The lower portion 5 of the piston 1 is connected to a connecting rod (not shown) of the crank transmission device via the bolt bearing 18, and the guide member of the piston (not shown) is coupled to the connecting rod.

제1도에 표시한 피스턴에서는 맨틀(4)의 한쪽의 만곡부(13)는 연소실(3)의 저부(14)의 범위에 설치되어 있다. 그러나 이것은 그러한 만곡부(13) 대신에 단열수단을 저부(14)의 범위내에서 연소실(3)의 반경방향에 설치하는 것에 의하여 형성하는 것을 배제하는 것은 아니다.In the piston shown in FIG. 1, one curved portion 13 of the mantle 4 is provided in the range of the bottom portion 14 of the combustion chamber 3. However, this does not exclude the formation of the heat insulating means in place of the curved portion 13 by installing in the radial direction of the combustion chamber 3 within the range of the bottom portion 14.

이 경우에 결정적인 것은 이개소에서 단열효과를 달성하기 위하여 맨틀을 만곡시키는 것 뿐이다.The only decisive factor in this case is to bend the mantle to achieve adiabatic effect in this location.

Claims

As a piston for an internal combustion engine, a combustion chamber is disposed in the piston head, the piston head configured as a ring support, supported by a mantle that couples the ring support to the lower part of the piston, and partially encloses the combustion chamber with the mantle, thereby providing the combustion chamber itself at least. In the form of the member which insulates between a combustion chamber and the said mantle in the range of a combustion chamber opening, and the said ring support body has at least 1 sealing member in the cylinder inner peripheral surface, it is provided in the said heat insulation member 11 of the combustion chamber 3 In addition, a separate thermal insulation means is provided on the mantle 4 between the mantle 4 and the ring support 6 or between the mantle 4 and the lower portion 5 of the piston 1 and the piston (1) being in contact with the cylinder (7) via a section (15) located between the plane of the combustion chamber opening (10) and the sealing ring (9) adjacent to the combustion chamber opening plane. Piston of the internal combustion engine made with gong.