DE1031052B

DE1031052B - Pistons for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1031052B
Application number: DEK21052A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Johann Keylwert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1954-02-06
Filing date: 1954-02-06
Publication date: 1958-05-29

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere Zweitakt-Einspritzbrennkraftmaschinen, bei welchem der Kolbenbolzen am Ende der Pleuelstange befestigt und das Lager für den Bolzen als Gleitlager in einem besonderen Bolzenstuhl des Kolbens vorgesehen ist.The invention relates to a piston for internal combustion engines, in particular two-stroke injection internal combustion engines, in which the piston pin is attached to the end of the connecting rod and the bearing for the pin as a slide bearing in a special one Bolt seat of the piston is provided.

Bei Hochleistungsbrennkraftmaschinen ist eine voll befriedigende Ausführung der Kolbenbolzenlagerung als einfaches Gleitlager bisher nicht bekanntgeworden. Neben der Schwierigkeit der Schmierung, welche in einer ausreichenden Zufuhr des Schmieröls besteht, sind beim Kolbenbolzenlager noch die rein mechanischen und thermischen Belastungen bei einer ungünstigen Ausbildung des Druckverlaufs im Schmierölfilm die Ursache für einen unzulässigen Verschleiß. Wie die Erfahrung mit bekannten Konstruktionen gelehrt hat, tritt sehr leicht ein Fressen der Laufflächen des Koibenbolzenlagers ein. DieFreßneigung des Lagers kann selbstverständlich durch die Wahl hochwertiger Lagerwerkstoffe vermindert werden. Dieser Weg, den Schwierigkeiten zu begegnen, ist aber sehr kostspielig und erfordert höchste Genauigkeit in der Einhaltung der Materialeigenschaften. Es besteht daher die Aufgabe, durch eine geeignete Gestaltung im Zusammenhang mit einem preiswerten Lagerwerkstoff eine zufriedenstellende Kolbenbolzenlagerung als Gleitlager mit höchster Lebensdauer zu schaffen.In high-performance internal combustion engines, a fully satisfactory design of the piston pin mounting is not previously known as a simple plain bearing. In addition to the difficulty of lubrication, which consists in a sufficient supply of lubricating oil, are still pure in the case of the piston pin bearing mechanical and thermal loads with an unfavorable development of the pressure curve in the Lubricating oil film is the cause of impermissible wear. Like the experience with known constructions has taught, seizure of the running surfaces of the Koibenbolzenlager occurs very easily. The tendency to eat the bearing can of course be reduced by choosing high-quality bearing materials will. However, this way of confronting the difficulties is very costly and extremely demanding Accuracy in compliance with the material properties. There is therefore the task of through a suitable design in connection with an inexpensive bearing material a satisfactory one To create piston pin bearings as plain bearings with the highest service life.

Für eine Kolbenbolzenlagerung der eingangs beschriebenen Art wurde vom gleichen Erfinder bereits der Vorschlag gemacht, den Kolbenbolzen aus weicherem Werkstoff herzustellen als das Lager. Durch diesen Vorschlag wird bereits ein bedeutender Fortschritt erreicht. Dies hängt damit zusammen, daß sich der Kolbenbolzen elastisch oder plastisch gegenüber der harten Lagerung verformt und während seiner ganzen Bewegung unter Last im wesentlichen die Art dieser Verformung beibehält. Betrachtet man nämlich das Kolbenbolzenlager von der Belastungsart auf Bolzen und Lager her, so ergibt es sich, daß bei der hier behandelten Bauart der Kolbenbolzenlagerung, bei der also der Kolbenbolzen am Pleuel fest angeordnet ist, die Lagerbüchse Umfangslast und der Kolbenbolzen Punktlast hat. Das soll heißen, daß die Stelle, an welcher die Lagerbüchse belastet wird, ihre Lage auf den Umfang der Lagerbüchse verändert, während dies beim Kolbenbolzen nicht der Fall ist. Dies ist der Grund dafür, daß der weiche Kolbenbolzen im Hinblick auf seine Haltbarkeit einer günstigen Verformung ausgesetzt ist, während die härtere Lagerung die wandernde Verformung aufnimmt.For a piston pin bearing of the type described above, the same inventor has already the proposal made to manufacture the piston pin from a softer material than the bearing. Significant progress is already being made with this proposal. This is related to the fact that the piston pin deforms elastically or plastically in relation to the hard mounting and during its entire movement under load essentially maintains the nature of this deformation. If you look at namely the piston pin bearing from the type of load on the pin and bearing, it follows that with the type of piston pin bearing discussed here, i.e. where the piston pin is fixed to the connecting rod is arranged, the bearing bush has a circumferential load and the piston pin has a point load. That is to say that the Point at which the bearing bush is loaded changes its position on the circumference of the bearing bush, while this is not the case with the piston pin. This is the reason that the soft piston pin is subject to favorable deformation in view of its durability, while the harder one Storage absorbs the moving deformation.

Für das Kolbenbolzenlager eines thermisch hochbelasteten Verbrennungsmotors mit hohen Gasdrücken reicht die Gleitgeschwindigkeit an der LagerflächeFor the piston pin bearing of a thermally highly stressed internal combustion engine with high gas pressures the sliding speed on the bearing surface is sufficient

Kolben für BrennkraftmaschinenPistons for internal combustion engines

Anmelder:
Klöckner-Humboldt-DeutzApplicant:
Klöckner-Humboldt-Deutz

Aktiengesellschaft,
Köln-Deutz, Mülheimer Str. 149Corporation,
Cologne-Deutz, Mülheimer Str. 149

Dipl.-Ing. Johann Keylwert, Köln-Kalk,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Johann Keylwert, Cologne-Kalk,
has been named as the inventor

während der höchsten Belastung etwa im Bereich des oberen Totpunktes nicht aus, um rein hydrodynamisch als Folge der Gleitgeschwindigkeit einen Öldruck im Ölfilm des Lagerspaltes aufzubauen, der den Kolbenbolzen so im Gleichgewicht hält, daß die ansteigenden Gaskräfte, die auf den Bolzen wirken, eine fortschreitende Verringerung der ölfilmstärke und damit eine fortschreitende Annäherung der beiden Gegenflächen an der Lagerstelle verhindern können. Die Folge einer solchen fortschreitenden Annäherung ist, daß während jedes Lastspiels an einer Lagerstelle der reine flüssige Reibungszustand für einen bestimmten Bereich verlorengeht und ein Metallreibungszustand eintritt mit allen seinen bekannten Nachteilen. An den Stellen, wo Festkörperberührung eintritt, erfolgt örtlich eine große Temperaturerhöhung. Die eingangs erläuterte Aufgabe der neuen Erfindung kann nur gelöst werden, wenn es gelingt, die beim Arbeitsspiel in der Kolbenbolzenlagerung auftretende, örtliche, große Temperaturerhöhung schnellstens abzuschwächen.during the highest load around the top dead center not enough to be purely hydrodynamic As a result of the sliding speed, an oil pressure builds up in the oil film of the bearing gap, which affects the piston pin in such a way that the increasing gas forces acting on the bolt cause a progressive one Reduction of the oil film thickness and thus a progressive convergence of the two opposing surfaces can prevent at the bearing. The consequence of such a progressive approach is that during Every load cycle at a bearing point, the pure fluid friction state for a certain area is lost and a metal friction condition occurs with all of its known disadvantages. In the places where Solid body contact occurs, a large temperature increase occurs locally. The initially explained The object of the new invention can only be achieved if the working cycle in the piston pin bearing succeeds Rapidly attenuate any local, large temperature increase that occurs.

Es ist nunmehr eine wenn auch für sich gesehen nicht neue Erkenntnis der Erfindung, daß ein einwandfrei arbeitendes Kolbenbolzenlager nur dann geschaffen werden kann, wenn die notwendigen Schmiernuten in dem Teil liegen, bei dem die Belastungsstelle nicht wandert, d. h. daß die Schmiernuten sich im Kolbenbolzen befinden müssen. Eine neue Erkenntnis der Erfindung ist es jedoch, daß im Zusammenhang mit der Regel für die Anordnung der Schmiernuten eine leichtmetallene Lagerung eines normalen harten Kolbenbolzens ohne weiteres möglich ist. Es wird daher gemäß der neuen Erfindung vorgeschlagen, daß die Gegenfläche für die Lagerung des Kolbenbolzens eine ununterbrochene Tragfläche aus Leichtmetall ist und daß die für die Schmierölzuführung erforderlichen Nuten in bekannter Weise im Kolbenbolzen angeordnet sind. Es ist nämlich, wie schon angedeutet, an sichIt is now a discovery of the invention, albeit not a new one in itself, that a flawless working piston pin bearing can only be created if the necessary lubrication grooves lie in the part where the stress point does not move, d. H. that the oil grooves are in Must be located. A new finding of the invention, however, is that in connection with As a rule, a light metal bearing of a normal hard piston pin for the arrangement of the lubrication grooves is easily possible. It is therefore proposed according to the new invention that the The counter surface for the bearing of the piston pin is an uninterrupted support surface made of light metal and that the grooves required for the supply of lubricating oil are arranged in a known manner in the piston pin are. As already indicated, it is in itself

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bekannt, bei Kolbenbolzenlagerungen der hier in Rede stehenden Art die Schmiernuten im Kolbenbolzen anzuordnen. Bei diesen Kolbenbolzenlagerungen besteht die Lagerfläche jedoch nicht aus Leichtmetall.known, in the case of piston pin bearings, the one in question here vertical way of arranging the lubrication grooves in the piston pin. With these piston pin bearings there is however, the storage area is not made of light metal.

Im Rahmen der Erfindung ist als Leichtmetall an Aluminium und Legierungen mit diesem, welche gute Laufeigenschaften besitzen, gedacht. Durch die Erfindung wird die vorteilhafte Wirkung erreicht, daß eine günstige Druckausbildung im Schmierölfilm der auf der Seite der mit Umfangslast beaufschlagten Lagerfläche durch keine Unterbrechungen, wie Rillen od. dgl. Vertiefungen, gestört wird und daß in Verbindung mit der preiswerten leichtmetallenen Ausführung der Lagerfläche einerseits die anfallende Reibungswärme vermindert und andererseits die noch anfallende Wärme in günstiger Weise von· der Lagerstelle abgeführt wird. Das Ergebnis ist also eine geringere Betriebstemperatur der Lagerfläche.In the context of the invention, aluminum and alloys with this are good as light metal Have running properties, thought. The invention has the advantageous effect that a favorable pressure formation in the lubricating oil film on the side of the bearing surface subjected to the circumferential load by no interruptions, such as grooves or the like. Depressions, is disturbed and that in connection with the inexpensive, light-metal design of the bearing surface, on the one hand, the resulting frictional heat and, on the other hand, the heat still accumulating in a favorable manner from the storage point is discharged. The result is a lower operating temperature of the bearing surface.

Die erfindungsgemäße Wirkung kann gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung noch erhöht werden. Dieser Gedanke, für welchen nur in Verbindung mit dem Hauptgedanken der Erfindung (Anspruch 1) Schutz begehrt ist, besteht darin, daß das Kolbenbolzenlager von einem leichtmetallenen Kolbenbolzenstuhl unmittelbar gebildet wird. Es fließt dann in noch stärkerem Maße die im Lager entstehende Wärme in die Masse des Bolzenstuhls bzw. in die Masse des Kolbens hinein und wird von diesem abgeleitet. The effect according to the invention can be further increased according to a further concept of the invention. This idea, for which only in connection with the main idea of the invention (claim 1) Protection is in demand, consists in that the piston pin bearing from a light metal piston pin seat is formed immediately. The resulting in the camp then flows to an even greater extent Heat in the mass of the bolt frame or in the mass of the piston and is dissipated from this.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is shown as an example.

Abb. 1 zeigt einen Kolben für eine Brennkraftmaschine, durch seine senkrechte Längsmittelachse geschnitten ;Fig. 1 shows a piston for an internal combustion engine, cut through its vertical longitudinal center axis ;

Abb. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie H-II in Abb. 1. In Abb. 2 ist der Schnitt nach Abb. 1 durch die Linie I-I angedeutet.Fig. 2 shows a section along the line H-II in Fig. 1. In Fig. 2, the section according to Fig. 1 is through the line I-I indicated.

Die Abbildungen zeigen einen Kolben für eine Brennkraftmaschine. Bei ihm ist der Kolbenbolzen 1 am Ende der Pleuelstange 2 mittels Schrauben 3 befestigt. Das Gleitlager für den Bolzen 1 ist in einem besonderen Bolzenstuhl 4 vorgesehen, der in den Kolbenkörper 5 von unten her eingesteckt ist und durch einen Federring 6 gehalten wird. 7 sind die Kolbenringe. Bei dem Kolben ist die Gegenfläche 8 für die Lagerung des Kolbenbolzens 1 eine ununterbrochene Tragfläche aus Leichtmetall. Die für die Schmierölzufuhr erforderlichen Nuten 9 sind in bekannter Weise im Kolbenbolzen angeordnet. Sie verlaufen zur Kolbenbolzenlängsmittelachse parallel und werden von der Gleitfläche 8 des Lagers abgedeckt. Die Schmierölzufuhr erfolgt durch eine Mittelbohrung 10 der Pleuelstange 2 und Bohrungen 11 und 12 im Kolbenbolzen. Für den Durchtritt der Pleuelstange und deren freie Beweglichkeit befindet sich unten im Bolzenstuhl eine Ausnehmung 13. 14 sind auf beiden Seiten der Kolbenbolzenlagerung nach der Ausnehmung 13 zu geführte Bohrungen zur Rückleitung des Schmieröls,The figures show a piston for an internal combustion engine. The piston pin 1 is on him attached to the end of the connecting rod 2 by means of screws 3. The plain bearing for the bolt 1 is in one special bolt chair 4 is provided, which is inserted into the piston body 5 from below and is held by a spring ring 6. 7 are the piston rings. The mating surface of the piston is 8 for the storage of the piston pin 1 an uninterrupted support surface made of light metal. The for the Grooves 9 required for the supply of lubricating oil are arranged in the piston pin in a known manner. They run away parallel to the longitudinal center axis of the piston pin and are covered by the sliding surface 8 of the bearing. The lubricating oil is supplied through a central bore 10 in the connecting rod 2 and bores 11 and 12 in the Piston pin. For the passage of the connecting rod and its free movement is located at the bottom of the Pin chair a recess 13. 14 are on both sides of the piston pin bearing after the recess 13 to guided bores for the return of the lubricating oil,

Claims

1. Pistons for internal combustion engines, in particular two-stroke injection internal combustion engines which the piston pin is attached to the end of the connecting rod and the bearing for the pin as Plain bearing is provided in a special bolt seat of the piston, characterized in that that the mating surface for the bearing of the piston pin consists of an uninterrupted bearing surface It is light metal and that the grooves required for the supply of lubricating oil are well known Way are arranged in the piston pin.

2. Pistons for internal combustion engines according to claim 1, characterized in that the piston pin bearing is formed directly by a light metal piston pin seat.

Considered publications:

German Patent No. 499 189;

French Patent No. 487 502;

British Patent No. 357 197;

U.S. Patent No. 2,334,318;

"Automobiltechnisches Handbuch" by R. Bussi e n, 15th edition, Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin 1942, p. 774.

1 sheet of drawings