SE469345B

SE469345B - TVAAKOMPONENTSKOLV

Info

Publication number: SE469345B
Application number: SE8800332A
Authority: SE
Inventors: D Mahrus; E H Matsuo; J M M Leites
Original assignee: Metal Leve Sa
Priority date: 1987-02-09
Filing date: 1988-02-02
Publication date: 1993-06-21
Also published as: GB8801215D0; BR8700642A; SE8800332D0; DE3802714A1; GB2200718A; MX167958B; SE8800332L

Description

469 545 2 10 15 20 25 30 35 en nära intill kolvtoppen, vilket praktiskt taget skulle vara omöjligt i vanliga kolvar i en aluminiumlegering. 469 545 2 10 15 20 25 30 35 close to the piston top, which would be practically impossible in ordinary pistons in an aluminum alloy.

En viktig faktor, som bör studeras är en effektiv kylning av det översta ringspâret. Temperaturer ovanför en tillåten gräns i denna del framkallar mycket stark och tidig förslitning av kolvringen, sönderbrytande av smörjoljan, avsättning av kolpar- tiklar och fastskärning av ringen. I motorer med ytterst höga belastningsförhållanden är det även nödvändigt att anordna en lämplig kylning av överdelens centralparti med medel som leder kylmediet till denna del av kolven.An important factor that should be studied is an efficient cooling of the top ring groove. Temperatures above a permissible limit in this part cause very strong and early wear of the piston ring, breakdown of the lubricating oil, deposition of carbon particles and cutting of the ring. In engines with extremely high load conditions, it is also necessary to provide a suitable cooling of the central portion of the upper part by means which lead the coolant to this part of the piston.

Ett brukligt sätt att åstadkomma denna kylning består i att anordna ett tråg eller en skål på kåpans topp intill överdelens nedre parti och ett urtag i överdelen mellan det centrala partiet och ringbältet på så sätt, att tråget eller skålen och urtaget definierar en halvöppen kammare för den till kammaren med en oljestråle tillförda kylvätskans cirkulation. Kolvens fram- och återgående rörelse tvingar oljan att utföra en rörelse liknande en 'cocktail-shaker' och avlägsnar på så sätt en del av värmen i kolvens topparti och därigenom sänker temperaturen i detta parti. Den uppvärmda oljan lämnar kylkam- maren genom en eller flera, på lämpliga ställen placerade hål, samtidigt som en ny oljemängd matas in i kammaren och därigenom åstadkommer en kontinuerlig kylmediecirkulation.A common way of effecting this cooling is to arrange a trough or bowl on the top of the cover adjacent the lower portion of the upper part and a recess in the upper part between the central portion and the ring belt in such a way that the trough or bowl and the recess define a semi-open chamber for the to the chamber with an oil jet supplied the coolant circulation. The reciprocating motion of the piston forces the oil to perform a movement similar to a 'cocktail shaker', thus removing some of the heat in the top portion of the piston, thereby lowering the temperature in this portion. The heated oil leaves the cooling chamber through one or more holes, placed in suitable places, at the same time as a new amount of oil is fed into the chamber and thereby achieves a continuous coolant circulation.

Lösningen tillfredsställer visserligen driftsbetingelserna, men har en del olägenheter. För det första är väggarna i överdelen i järn förhållandevis tunna för att hålla kolvens vikt så lågt som möjligt. Anordningen av ett urtag mellan överdelens centra- la parti och ringbältet medför en försvagning av överdelens strukturella hållfasthet, som under vissa omständigheter kan leda till funktionsavbrott i detta kolvparti. För det andra gör anordningen av en skål på kåpans övre parti dess tillverkning komplicerad och dyrbar. Den halvöppna kammaren medför dessutom en för stor oljeförlust och minskar därigenom delvis kylsyste- mets effektivitet.Although the solution satisfies the operating conditions, it has some inconveniences. First, the walls of the iron top are relatively thin to keep the weight of the piston as low as possible. The arrangement of a recess between the central portion of the upper part and the ring belt causes a weakening of the structural strength of the upper part, which in certain circumstances can lead to a malfunction in this piston part. Secondly, the arrangement of a bowl on the upper part of the cover makes its manufacture complicated and expensive. The semi-open chamber also causes an excessive oil loss and thereby partially reduces the efficiency of the cooling system.

Föreliggande uppfinning övervinner dessa ovan nämnda nackdelar 10 15 20 25 30 35 vmwmn 3 469 345 genom att anordna en ringformad tillsluten kylkammare i kolv- kronan i stället för den brukliga halvöppna kammaren.The present invention overcomes these above-mentioned disadvantages by arranging an annular closed cooling chamber in the piston crown instead of the usual half-open chamber.

Uppfinningens föremål visas i de bifogade ritningarna, varvid: - figur 1 visar ett längsgående schematiskt tvärsnitt genom kolven enl. uppfinningen med det övre partiet eller överdelen försedd med en tillsluten kylkammare och ett par nedhängande delar, som bär kolvtapparnas bussningar; och - figur 2 visar ett längsgående schematiskt tvärsnitt genom den kompletta kolvenheten enl. uppfinningen.The objects of the invention are shown in the accompanying drawings, in which: Figure 1 shows a longitudinal schematic cross-section through the piston according to the invention having the upper portion or top provided with a closed cooling chamber and a pair of hanging parts carrying the bushings of the piston pins; and figure 2 shows a longitudinal schematic cross-section through the complete piston unit according to the invention.

Enl. en föredragen utföringsform i figur 1 består tvåkompo- nentskolven enl. uppfinningen av en överdel 1, som är försedd med ringspår 3, en i mitten belägen förbränningsskål 4 och en ringformad tillsluten kylkammare 5 intill ringbältet. Två stöddelar 6, som nedhänger från överdelen 1 och som bildar en del med denna, uppvisar tappbussningar 7 för kolvtappen 9.According to. a preferred embodiment in figure 1 consists of the two-component piston acc. the invention of an upper part 1, which is provided with an annular groove 3, a combustion bowl 4 located in the middle and an annular closed cooling chamber 5 next to the annular belt. Two support parts 6, which hang down from the upper part 1 and which form a part therewith, have pin bushings 7 for the piston pin 9.

Tappbussningarna 7 kan vara försedda med bussningar 8 för att förstärka detta för mycket starka belastningar utsatta parti.The pin bushings 7 can be provided with bushings 8 to reinforce this part exposed to very strong loads.

Anordningen av en tillsluten ringformad kammare förstärker väsentligt kolvens överdel genom att förläna den större enhet- lighet och strukturell styrka. En ytterligare fördel av kon- struktionen enl. uppfinningen är att kylolja kvarhålles i den tillslutna kammaren under en längre tid; således uppnås även med en mindre oljemängd en effektivare kylning av överdelens kritiska partier, nämligen ringbältet och förbränningsskålen.The arrangement of a closed annular chamber substantially strengthens the upper part of the piston by imparting greater uniformity and structural strength. An additional advantage of the construction according to the invention is that cooling oil is retained in the closed chamber for a long time; thus, even with a smaller amount of oil, a more efficient cooling of the critical parts of the upper part, namely the ring belt and the combustion bowl, is achieved.

En annan viktig fördel är att den tillslutna kammaren gör det möjligt att minska väggtjockleken mellan kammaren och förbrän- ningsskålen utan att påverka överdelens hållfasthet. Viktök- ningen på grund av den tillslutna kylkammaren kompenseras således av tjockleksminskningen utöver elimineringen av olje- tråget i kåpan och dess höjdminskning. Kolvens totala vikt är således enl. uppfinningen lika eller eventuellt även mindre än kolvvikten i vanliga konstruktioner. Ett annat fördelaktigt särdrag av uppfinningens konstruktion är att det underlättar bearbetningen, i synnerhet av ringspåren och hjälper att upprätthålla en god ytfinish på omkretsen, d.v.s. en frånvaro 10 15 20 25 30 35 O\ 545 4 av vågighet.Another important advantage is that the closed chamber makes it possible to reduce the wall thickness between the chamber and the combustion bowl without affecting the strength of the upper part. The weight gain due to the closed cooling chamber is thus compensated by the decrease in thickness in addition to the elimination of the oil pan in the cover and its decrease in height. The total weight of the piston is thus acc. the invention equal to or possibly even less than the piston weight in ordinary constructions. Another advantageous feature of the construction of the invention is that it facilitates the machining, in particular of the ring grooves, and helps to maintain a good surface finish on the perimeter, i.e. an absence of waviness.

Figur 2 visar hela kolvenheten med överdelen 1 i figur 1 och kåpan 2 monterade på kolvtapparna 7 med hjälp av tappen 9.Figure 2 shows the entire piston unit with the upper part 1 in figure 1 and the cover 2 mounted on the piston pins 7 by means of the pin 9.

Kåpans 2 höjd enl. figur 2 är den minsta möjliga för att kåpan skall kunna verka som kolvstyrning i motorcylindern. Denna minskade höjd är möjlig tack vare frånvaron av det brukliga oljetråget, vilket även medför en minskning av kåpans vikt.The height of the cover 2 according to Figure 2 is the smallest possible for the cover to act as a piston guide in the engine cylinder. This reduced height is possible due to the absence of the usual oil pan, which also leads to a reduction in the weight of the cover.

Oljetrågets frånvaro i kåpans överdel undanröjer behovet att placera kåpan nära inpå överdelens nedre parti och kåpan kan således i enlighet med figur 2 monteras längre bort från överdelen. Detta faktum utöver frånvaron av het olja i kåpans övre parti resulterar i en väsentligt lägre temperatur i kåpan och medger således ännu mindre installationsspel med följd att kolvens ljudnivå minskar. En annan fördelaktig effekt består i en förenkling av kåpans konstruktion som avsevärt minskar dess tillverkningskostnader.The absence of the oil pan in the upper part of the cover eliminates the need to place the cover close to the lower part of the upper part and the cover can thus, in accordance with Figure 2, be mounted further away from the upper part. This fact in addition to the absence of hot oil in the upper part of the housing results in a significantly lower temperature in the housing and thus allows even less installation play with the consequence that the sound level of the piston decreases. Another advantageous effect consists in a simplification of the construction of the cover which considerably reduces its manufacturing costs.

Kylolja inträder i kammaren genom ett hål i denna och detta åstadkommes på vanligt sätt av ett sprutmunstycke. Oljan lämnar kammaren genom en eller flera öppningar på lämpliga ställen i kammaren.Cooling oil enters the chamber through a hole in it and this is accomplished in the usual manner by a spray nozzle. The oil leaves the chamber through one or more openings in suitable places in the chamber.

Kolvöverdelen är vanligen gjord av järnhaltig metall, exempel- vis stål eller nodulärt eller smidbart gjutjärn tillverkad medelst precisionsgjutning, sandgjutning eller skalformning. Även en aluminiumlegering kan användas i en vanlig eller en pressgjutningsmetod. Kåpan är tillverkad av lättmetall, före- trädesvis aluminium eller legerat aluminium medelst gjutning eller smide.The piston top is usually made of ferrous metal, for example steel or nodular or malleable cast iron made by precision casting, sand casting or shell forming. An aluminum alloy can also be used in a standard or a die-casting method. The cover is made of light metal, preferably aluminum or alloyed aluminum by casting or forging.

Kammarens form såsom den är visad i ritningarna anges endast som ett exempel. Beroende på speciella särdrag i olika kon- struktioner kan kammaren ha en annan form för att passa en godtycklig konstruktion.The shape of the chamber as shown in the drawings is given by way of example only. Depending on special features of different constructions, the chamber may have a different shape to suit any construction.

Claims

10 15 20 25 W, mmm 5 469 345 Patent claim

A two-component piston for internal combustion engines consisting of an upper part (1), of ferrous material or an aluminum alloy and a housing (2) in aluminum or alloyed aluminum, the housing (2) being separated from the upper part (1) and connected to this by means of a piston pin (9) to a pair of pin bushings (7) in the lower part of the support parts (6), which extend down from the upper part (1), where the piston upper part is provided with an annular cooling chamber (5), which lies between the ring belt and the combustion bowl (4) of the piston, characterized in that the cooling chamber (5) is closed and formed in one piece by the piston upper part (1).

2. Piston acc. Claim 1, characterized in that the piston upper part (1) is made of steel by means of precision casting, sand casting or shell forming.

3. Piston acc. claim 1, characterized in that the upper part (1) is made of nodular or malleable cast iron by means of precision casting, sand casting or shell forming.

4. Flask acc. claim 1, characterized in that the piston upper part (1) is made of an aluminum alloy by means of casting under self-pressure or by means of die casting.