WO1998036164A1 - Internal combustion engine plunger with combustion cavity - Google Patents

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WO1998036164A1 PCT/DE1997/003001 DE9703001W WO9836164A1 WO 1998036164 A1 WO1998036164 A1 WO 1998036164A1 DE 9703001 W DE9703001 W DE 9703001W WO 9836164 A1 WO9836164 A1 WO 9836164A1
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Detlef Jacobi
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Mahle Gmbh
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Abstract

The invention relates to a plunger for internal combustion engines, having a combustion cavity (2) and at least one valve niche (3) in the plunger head. The combustion cavity (2) is cut by at least one valve niche (3). The invention seeks to reduce the risk of superficial cracking during transition U between the valve niche edge and the cavity. To this end, the edge of the transition U between the valve niche (3) and the cavity is situated in a comparatively low tension area separated from the actual valve niche (3) by an extension area (B) of the valve niche (3) running along the cavity edge.

Description

Tauchkolben für Verbrennungsmotoren mit einer Verbrennungsmulde Plunger pistons for internal combustion engines with a combustion bowl
Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben für Verbrennungsmotoren mit einer Verbrennungsmulde im Kolbenboden, insbesondere für Dieselmotoren mit Direkteinspritzung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a plunger for internal combustion engines with a combustion bowl in the piston crown, in particular for diesel engines with direct injection, according to the preamble of claim 1.
Ein derartiger Kolben ist z. B. aus der DE-OS 29 18 097 bekannt. Dort kann es durch Überlagerung von thermischen und mechanischen Wechsellastbeanspruchungen zu Anrissen des Muldenrands hauptsächlich in Bolzenrichtung kommen. Querschnittsveränderungen oder scharfe Kanten im Bereich des Muldenrands führen zu einer zusätzlichen Spannungskonzentration und einer Erhöhung der Anrißwahrscheinlichkeit.Such a piston is e.g. B. from DE-OS 29 18 097 known. There superimposition of thermal and mechanical alternating load stresses can lead to tearing of the trough edge mainly in the direction of the bolt. Changes in cross-section or sharp edges in the area of the trough edge lead to an additional stress concentration and an increase in the probability of cracking.
Insbesondere in den Kolbenboden eingearbeitete Ventilnischen wirken sich am Übergang vom Rand der Ventilnische in den Muldenrand spannungserhöhend aus . Die Übergänge vom Ventilnischenrand in den Muldenrand werden deshalb teilweise aufwendig von Hand verrundet.In particular, valve niches worked into the piston crown have a stress-increasing effect at the transition from the edge of the valve niche to the bowl rim. The transitions from the edge of the niche to the edge of the bowl are therefore sometimes laboriously rounded by hand.
Aus der JP-OS 7-224665 ist es ferner bekannt, zur Vermeidung von Rissen am Übergang von Ventilnischenrand in die Mulde derartige Übergänge durch entsprechende Anordnung der Ventilnischen bzw. Schräglage der Ventilnischen zu vermeiden. Dies stellt allerdings eine teure und umständliche Lösung des Problems dar.From JP-OS 7-224665 it is also known, in order to avoid cracks at the transition from the valve niche edge into the trough, to avoid such transitions by appropriate arrangement of the valve niches or inclined position of the valve niches. However, this is an expensive and cumbersome solution to the problem.
Eine weitere Möglichkeit, Spannungskonzentrationen vom Muldenrand fernzuhalten, besteht darin, den Muldenrand durch eine beim Drehen der Mulde hergestellte konzentrische Ein- drehung auf die Höhe der Ventilnischen abzusenken, wie dies aus den Figuren 1 und 2 der DE-OS 43 26 978 erkennbar ist. Die Eindrehung hat dort einen um ca. 4 mm größeren Durchmesser als der eigentliche Muldenrand.A further possibility of keeping stress concentrations away from the bowl rim is to lower the bowl rim to the height of the valve niches by a concentric screwing made when the bowl is rotated, as can be seen from FIGS. 1 and 2 of DE-OS 43 26 978. The indentation there is about 4 mm larger in diameter than the actual trough edge.
Diese - von der Bearbeitung her einfache - Lösung hat jedoch den Nachteil, daß der Verbrennungsvorgang durch den Wegfall von Quetschflächen im Bereich der Eindrehung geringfügig verschlechtert werden kann.However, this solution, which is simple in terms of processing, has the disadvantage that the combustion process can be slightly deteriorated by eliminating squeezing surfaces in the region of the screwing.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, Spannungskonzentrationen am Übergang vom Ventilnischenrand zum Muldenrand zu vermeiden, ohne den Verbrennungsvorgang negativ zu beeinflussen und ohne aufwendige Verrundung von Hand.The invention is therefore concerned with the problem of avoiding stress concentrations at the transition from the valve niche edge to the bowl edge without negatively influencing the combustion process and without complex rounding by hand.
Dieses Problem wird bei gattungsgemäßen Kolben durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This problem is solved in generic pistons by the characterizing features of claim 1. Advantageous further developments are the subject of the subclaims.
Dabei ist definitionsgemäß unter Ventilnische die eigentliche Ventilnische, die zum Großteil vom Ventilteller überdeckt wird, zusammen mit dem Erweiterungsbereich B zu verstehen.By definition, valve niche is to be understood as the actual valve niche, which is largely covered by the valve plate, together with extension area B.
Da der Muldenrand nicht auf seinem ganzen Umfang, sondern nur in einem relativ kleinen, sich an die eigentliche Ventilnische anschließenden Erweiterungsbereich auf die im Bereich des Muldenrands vorliegende Höhe der Ventilnischen abgesenkt wird, entsteht kein nennenswerter Verlust an Quetschfläche .Since the trough edge is not lowered over its entire circumference, but only in a relatively small extension area adjoining the actual valve niche to the height of the valve niches in the area of the trough edge, there is no significant loss of squeeze area.
Dabei verläuft der Erweiterungsbereich entlang des Muldenrands und endet in einer vergleichsweise spannungsarmen Zone .The expansion area runs along the edge of the trough and ends in a comparatively low-tension zone.
Die Breite x des Erweiterungsbereichs B soll maximal 7 % des Kolbendurchmessers betragen. Häufig werden allerdings Werte von 2 bis 4 % oder auch nur 1,5 % ausreichen. Die Länge des Erweiterungsbereichs B hängt von der Lage der Ventilnische relativ zur Bolzenachse ab. Häufig werden Werte von 20 % bis 50 % des Ventilnischendurchmessers einen günstigen Bereich darstellen.The width x of the extension area B should not exceed 7% of the piston diameter. Often, however Values of 2 to 4% or only 1.5% are sufficient. The length of the extension area B depends on the position of the valve niche relative to the pin axis. Values of 20% to 50% of the valve niche diameter will often represent a favorable range.
Grundgedanke der Erfindung ist es, den anrißgefährdetenThe basic idea of the invention is the risk of cracking
Übergangsbereich vom Ventilnischenrand zum Muldenrand in einen spannungsarmen Bereich zu legen. Dieser liegt im Re- o gelfall typenabhängig in einem Winkelbereich von 30 bis o 55 links und rechts der Bolzenachse BA. Außerhalb der spannungsarmen Zone liegen am Muldenrand unter Betriebsbedingungen in Bolzenrichtung Zugspannungen, in Druck-Gegendruckrichtung Druckspannungen vor.Place the transition area from the valve niche edge to the bowl edge in a low-stress area. Depending on the type, this is usually in an angular range from 30 to 55 to the left and right of the pin axis BA. Outside the low-stress zone, there are tensile stresses at the edge of the trough under operating conditions in the bolt direction and compressive stresses in the pressure-counter pressure direction.
Im Gegensatz zu der aus der DE-OS 43 26 978 bekannten, umlaufenden Eindrehung erstreckt sich der erfindungsgemäße Erweiterungsbereich also nur über einen begrenzten Umfangs- winkel der Mulde und endet vor Erreichen der nächsten Ventilnische.In contrast to the circumferential screwing known from DE-OS 43 26 978, the extension area according to the invention therefore only extends over a limited circumferential angle of the trough and ends before the next valve niche is reached.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt:The invention is described below using an exemplary embodiment. It shows:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben in der DraufsichtFig. 1 shows a piston according to the invention in plan view
Fig. 2 den erfindungsgemäßen Kolben im Querschnitt (Schnitt II - II).Fig. 2 shows the piston according to the invention in cross section (section II - II).
Ein Kolben 1 weist im Kolbenboden eine Verbrennungsmulde 2 und zwei Ventilnischen 3 auf, die die Verbrennungsmulde 2 überschneiden. Um die Entstehung von kritischen Spannungen am Muldenrand 4 zu vermeiden, sind die Übergänge U von den Ventilnischen 3 in die Mulde 2 durch Schaffung von Erweiterungsbereichen B in Zonen geringer Spannungen verlegt. Die Erweiterungsbereiche B werden zweckmäßig gleichzeitig mit den eigentlichen Ventilnischen durch Verfahren des Fräsers hergestellt. Die Übergänge am Rand der Ventilnische 3 und von der Ventilnische 3 in die Mulde 2 sind verrundet. A piston 1 has a combustion bowl 2 and two valve niches 3 in the piston head, which overlap the combustion bowl 2. In order to avoid the development of critical stresses at the edge of the trough 4, the transitions U from the valve niches 3 into the trough 2 are laid in zones of low tensions by creating extension areas B. The Extension areas B are expediently produced at the same time as the actual valve niches by moving the milling cutter. The transitions at the edge of the valve niche 3 and from the valve niche 3 into the trough 2 are rounded.

Claims

Patentansprücheclaims
Tauchkolben für Verbrennungsmotoren mit einer Verbrennungsmulde im Kolbenboden und mit mindestens einer Ventilnische im Kolbenboden, wobei eine oder mehrere Ventilnischen die Verbrennungsmulde schneiden, dadurch gekennzeichnet, daß der randseitige Übergang U der Ventilnische (3) in die Mulde (2) durch einen entlang des Muldenrands (4) verlaufenden Erweiterungsbereich B der Ventilnische (3) in einem vergleichsweise spannungsarmen, von der eigentlichen Ventilnische entfernten Bereich liegt, wobei die Breite x des Erweiterungsbereichs B in Richtung vom Muldenrand (4) nach radial außen maximal 7 % des Kolbendurchmessers beträgt.Plunger pistons for internal combustion engines with a combustion bowl in the piston crown and with at least one valve niche in the piston crown, one or more valve niches intersecting the combustion bowl, characterized in that the edge-side transition U of the valve recess (3) into the bowl (2) by a along the bowl edge ( 4) extending expansion area B of the valve niche (3) lies in a comparatively low-tension area which is distant from the actual valve niche, the width x of the expansion area B in the direction from the trough edge (4) radially outwards being a maximum of 7% of the piston diameter.
Tauchkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Erweiterungsbereichs B, d. h. der randseitige Übergang U der Ventilnische (3) in die Mul- o o de (2), in einem Winkelbereich von 30 bis 55 zur Bolzenachse BA liegt. Plunger according to claim 1, characterized in that the end of the extension area B, d. H. the edge-side transition U of the valve niche (3) into the mulo o de (2) lies in an angular range from 30 to 55 to the pin axis BA.
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