DE2166443A1 - COMBUSTION ENGINE PISTON WITH A SEALING RING WITH U-PROFILE - Google Patents

Description

Brennkraftmaschinenkolben mit Abdichtungsring mit U-Profil Die Erfindung betrifft einen Brennkraftmaschinenkolben mit einem Abdichtungsring mit U-Profil, der einen durch eine Ringnut am oberen Kolbenrand gebildeten Steg umfaßt. Internal combustion engine piston with sealing ring with U-profile The invention relates to an internal combustion engine piston with a sealing ring with a U-profile, which comprises a ridge formed by an annular groove on the upper edge of the piston.

Bei neueren Entwicklungen von Brennkraftmaschinen wurde die Verminderung der Emission oder der Abgase stark beachtet. Eine derartige Ausströmung kann in einem großen Maß dadurch entstehen, daß nicht aller Brennstoff, der in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingeführt wird, verbrennt. Das Ablassen von erartigen unverbrannten Kohlenwasserstoffen kann ganz erheblich zur Luftverschmutzung beitragen.With more recent developments of internal combustion engines, the reduction the emission or the exhaust gases. Such an outflow can occur in to a large extent this arises from the fact that not all of the fuel is in the cylinders the internal combustion engine is introduced, burns. The draining of such unburned ones Hydrocarbons can be a major contributor to air pollution.

Bei einem üblichen Aufbau Von Kolben und Kolbenringen ist der obere Kompressionsring in einer Ringnut angeordnet, die axial im Abstand von der Oberseite des Kolbens ausgebildet ist. Dadurch entsteht ein Umfangsspalt zwischen dem äußeren Umfang des Kolbens und der Zylinderwand im Bereich oberhalb des oberen Kompressionsringes.In a common design of pistons and piston rings, the upper one is Compression ring arranged in an annular groove which is axially spaced from the top of the piston is formed. This creates a circumferential gap between the outer one The circumference of the piston and the cylinder wall in the area above the upper compression ring.

In dem Bereich, in dem der obere Kompressionsring nicht satt und dicht gegen die obere radiale Wandung der Ringnut anliegt, wird ebenfalls ein Ringspalt gebildet.In the area where the upper compression ring is not full and tight against the upper radial wall of the Ring groove is applied, is also an annular gap is formed.

Wenn der Kolben sich im Zylinder während des Kompressionshubes nach oben bewegt, kann Brennstoff an der Zylinderwandung kondensieren und wird in den oben erwähnten Spalt hineingedrückt. Wegen des geringen Volumens kann in diesem Spaltabschnitt keine Verbrennung stattfinden und es besteht die Möglichkeit, daß sich unerwünschte Abgasprodukte ausbilden können.When the piston moves in the cylinder during the compression stroke Moved above, fuel can condense on the cylinder wall and is in the above mentioned gap pressed in. Because of the small volume, this Fissure section does not burn and there is a possibility that unwanted exhaust gas products can form.

Es wurden Versuche unternommen, dies dadurch auszuschalten, daß die obere Kompressionsringnut so dicht als möglich bei der Oberseite des Kolbenringes angeordnet wird. Die Anordnung der Kolbenringnut wird jedoch durch die Notwendigkeit begrenzt, daß die Oberseite des Kolbens nicht geschwächt werden darf. Falls die Ringnut zu dicht an der Oberseite des Kolbens angeordnet wird, kann die Nut zu einer Schwächung des Umfanges der Oberseite des Kolbens führen. Zusätzlich sei bemerkt, daß an der Oberseite des Kolbens die schädlichsten Einflüsse für einen Kolbenring herrschen.Attempts have been made to eliminate this in that the Upper compression ring groove as close as possible to the top of the piston ring is arranged. However, the arrangement of the piston ring groove is dictated by necessity limits that the top of the piston must not be weakened. if the Ring groove is arranged too close to the top of the piston, the groove can become a Lead weakening of the circumference of the top of the piston. In addition, it should be noted that at the top of the piston the most damaging influences for a piston ring to rule.

In diesem Bereich tritt die größte Hitze und der größte Druck auf und wenn man einen üblichen Kolbenring in diesem Bereich verwendet, würde ein übermäßig starker Verschleiß auftreten.This is the area where the greatest heat and pressure occurs and if you used a common piston ring in this area, one would be excessive severe wear and tear occur.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, miteinfachsten Mitteln eine Anordnung su schaffen, die die Abgasemission wesentlich von Verschmutzungen freihält.The present invention has for its object the simplest Means to create an arrangement that reduces the exhaust emissions significantly from pollution keeps free.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Schenkel des U-Profils die Flanken des Steges fest umspannen, daß der Umfangsstegabschnitt des U-Profils den Steg mit Spiel umgibt, daß in der Nähe der Ober- und Unterkante des Umfangsstegsabschnittes Wülste vorgesehen sind, daß eine Entlüftung zwischen dem inneren Umfang des Umfangstegabschnittes und dem Raum zwischen den Wülsten vorgesehen ist und eine weitere Entlüftung zwischen dem Innenumfang des Umfangsteges des U-Profils und dem Spielraum zwischen Kolben und Zylinderwand axial unterhalb des Zylinders.According to the invention this is achieved in that the legs of the U-profile the flanks of the web tightly span that the circumferential web section of the U-profile surrounds the web with play that in the vicinity of the upper and lower edges of the peripheral web portion Beads are provided that a vent between the inner periphery of the peripheral web portion and the space between the Beading is provided and one more Ventilation between the inner circumference of the circumferential web of the U-profile and the clearance between piston and cylinder wall axially below the cylinder.

In vorteilhafter Weise wird durch diese Ausbildung die Verschmutzung der Abgase weitgehend herabgesetzt.This design advantageously reduces the contamination the exhaust gases are largely reduced.

Mit Vorteil kann die Oberseite des Steges gegenüber der Kolbenoberseite durch eine an der Kolbenoberseite ausgebildete Umfangsaussparung zurückgesetzt sein.The top of the web can advantageously be compared to the top of the piston be set back by a circumferential recess formed on the top of the piston.

Um die Wirkungsweise des Ringes weiterhin zu verbessern, kann mit Vorteil zwischen dem Innenumfang des Ringes und dem Steg ein Dehnerring angeordnet sein.To further improve the functionality of the ring, you can use Advantageously, an expansion ring is arranged between the inner circumference of the ring and the web be.

Weiterhin können sich die Wülste in Umfangsrichtung vollkommen um den Ring herum erstrecken. Insbesondere können die Wülste einen äußeren Umfang haben, der mit einer hitzebeständigen Metallegierung beschichtet ist. Wenigstens einer der Wülste kann in Umfangsrichtung unterteilt sein.Furthermore, the beads can turn around completely in the circumferential direction extend the ring around. In particular, the beads can have an outer circumference, which is coated with a heat-resistant metal alloy. At least one the beads can be divided in the circumferential direction.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Fig. der Zeichnung erläutert werden.The invention is intended to be referred to in the following description To be explained on the figures of the drawing.

Es zeigen: Figur 1 eine Ansicht einer Ausführungsform, Figur 2 eine weitere Ansicht einer Ausführungsform, und Figur 3 eine Schnittansicht genommen längs der Linie III-III der Fig. 2.They show: FIG. 1 a view of an embodiment, FIG. 2 a Another view of an embodiment, and FIG. 3 is a sectional view along the line III-III in FIG. 2.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ringes. Der Ring 70 hat im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt. Der Ring 70 weist einen oberen radialen Schenkel 71 und einen unteren radialen Schenkel 72 auf.Fig. 1 shows an embodiment of the ring according to the invention. Of the Ring 70 has a substantially U-shaped cross section. The ring 70 has a upper radial leg 71 and a lower radial leg 72.

Diese beiden Schenkel werden im Abstand durch einen äußeren Umfangsstegabschnitt 73 gehalten. Der Kolben 10 weist eine radial sich erstreckende Ringnut 74 auf, die in axialem Abstand von der Oberseite 20 des Kolbenkopfes 10 angeordnet ist. Eine Umfangsaussparung 75 erstreckt sich um die Oberseite des Kolbenkopfes 10 herum. Die Umfangsaussparung 75 weist eine axiale Wandung 76 auf, die eine Länge hat, die etwa gleich der Breite des radialen Schenkels 71 des Ringes 70ist. Eine radiale Wandung 77 der Aussparung 75 erstreckt sich von der axialen Wandung 76 nach außen bis zu einer radialen Wandung 78, die einen äußeren Durchmesser hat, der geringer ist als der äußere Durchmesser 79 des Hauptabschnittes des Kolbenkopfes.These two legs are spaced apart by an outer circumferential web section 73 held. The piston 10 has a radially extending annular groove 74 which is arranged at an axial distance from the top 20 of the piston head 10. One Circumferential recess 75 extends around the top of piston head 10. The circumferential recess 75 has an axial wall 76 which has a length which is approximately equal to the width of the radial leg 71 of the ring 70. A radial one Wall 77 of recess 75 extends outward from axial wall 76 up to a radial wall 78, which has an outer diameter that is smaller is than the outer diameter 79 of the main portion of the piston head.

Die Wandung 78 erstreckt sich von der Wandung 77 der Aussparung 75 bis zur Ringnut 74. Ein Steg 80 wird durch die radiale Wandung 77, die axiale Wandung 78 und die Ringnut 74 gebildet. Dieser Stegabschnitt 80 weist eine axiale Länge auf, die im wesentlichen gleich dem Abstand zwischen den radialen Schenkeln 71 und 72 des Ringes 70 ist, so daß der Ring 70 auf dem Steg 80 sitzen kann. Der Steg 80 wirkt als ein Abschnitt eines Paßsitzes und das offene Profil des Ringes 70 wirkt als anderer Abschnitt des Paßsitzes.The wall 78 extends from the wall 77 of the recess 75 up to the annular groove 74. A web 80 is through the radial wall 77, the axial wall 78 and the annular groove 74 is formed. This web section 80 has an axial length on, which is substantially equal to the distance between the radial legs 71 and 72 of the ring 70 is so that the ring 70 can sit on the web 80. The pier 80 acts as a portion of a snug fit and the open profile of ring 70 acts as another section of the pass fit.

Eine Expanderfeder 81, die als Wellenfeder dargestellt ist, ist zwischen der axialen Wandung 78 und dem inneren Umfang des Stegabschnittes 73 des Ringes 70 angeordnet, um den äußeren Umfang des Ringes in Dichtungsanlage gegen die Wandung 22 der Zylinderbohrung zu drücken. Da-der Ring 70 am Stegabschnitt 80 sitzt, liegt die untere Wandung 82 des Schenkels 71 in Dichtungsanlage gegen die radiale Wandung 77 der Aussparung 75 an und verbleibt in dieser Lage während des Betriebes der Brennkraftmaschine.An expander spring 81, which is shown as a wave spring, is between the axial wall 78 and the inner circumference of the web portion 73 of the ring 70 arranged around the outer periphery of the ring in sealing engagement against the wall 22 to press the cylinder bore. Since the ring 70 is seated on the web section 80, lies the lower wall 82 of the leg 71 in sealing contact with the radial wall 77 of the recess 75 and remains in this situation during the Operation of the internal combustion engine.

Der Raum hinter dem Ring 70 steht deshalb nicht mit der Brennkammer in Verbindung und es kann kein Brennstoffdampf in diesen Ring eindringen. Der Ring 70 weist im Betrieb eine minimale Reibung auf, da die Brenngase lediglich gegen den Schenkel 71 des Ringes wirken.The space behind the ring 70 is therefore not aligned with the combustion chamber in connection and no fuel vapor can penetrate into this ring. The ring 70 has minimal friction during operation, since the combustion gases only counteract act the leg 71 of the ring.

Um zu verhindern, daß sich ein Druck hinter dem inneren Umfang des Ringes aufbaut und zwar infolge eines Durchleckens an der Dichtung zwischen dem Schenkel 71 und der Wandung 77 ist eine Entlüftung 85 vorgesehen, um den Raum mit der Niederdruckseite unterhalb des Ringes 70 zu verbinden.To prevent pressure from being behind the inner periphery of the Ring builds up as a result of leakage at the seal between the Leg 71 and the wall 77 a vent 85 is provided to the space with the low pressure side below the ring 70 to connect.

Um ferner die Reibung zu vermindern, und um die Wirkung der Gase gegen den Ring 71 abzugleichen, können Dichtungswülste 86 größeren Durchmessers am äußeren Umfang des Stegabschnittes 73 vorgesehen sein. Die Wülste 86 können, wie bei 87 gezeigt, mit einem harten verschleißfesten Material beschichtet sein. Die Wülste 86 sind vorzugsweise in axialem Abstand voneinander angeordnet und verlaufen entweder kontinuierlich um den Umfang herum oder in Form von Segmenten. In den Fällen, in denen die Wülste kontinuierlich um den Umfang herumlaufen, ist zur Verhinderung eines Druckaufbaues im Raum 88 zwischen den Wülsten eine Entlüftung 89 vorgesehen, um den Raum 88 in den Raum hinter dem inneren Umfang des Steges hinein zu entlüften. Gase können deshalb aus diesem Raum durch die Entlüftung 85 hindurch austreten.Furthermore, in order to reduce the friction, and to counteract the effect of the gases To align the ring 71, sealing beads 86 of larger diameter can be used on the outer The circumference of the web portion 73 may be provided. The ridges 86 can, as with 87 shown to be coated with a hard wear-resistant material. The ridges 86 are preferably arranged at an axial distance from one another and either run continuously around the circumference or in the form of segments. In the cases in which the beads run continuously around the circumference is to prevent a pressure build-up in the space 88 between the beads, a vent 89 is provided, to vent the space 88 into the space behind the inner periphery of the web. Gases can therefore escape from this space through the vent 85.

Fig. 2 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten Ringes. Der Stegabschnitt 80 ist wie bei 91 und 92 dargestellt, am oberen und unteren Umfang abgeschrägt, um den Kontaktbereich zwischen dem Steg und den Schenkeln 71 und 72 des Kolbenringes 70 zu vermindern. Dadurch wird ein größeres radiales Ansprechen des Ringes 70 erzielt, während gleichzeitig die Dichtungsanlage zwischen dem Schenkel 71 und der radialen Wandung 77 der Aussparung 75 aufrecht erhalten wird. Die Abschrägungen 91 und 92 dienen ferner zur leichteren Isolation des Ringes.FIG. 2 shows a modified embodiment of that shown in FIG Ring. The web portion 80 is as shown at 91 and 92, at the top and bottom Beveled circumference around the contact area between the web and the legs 71 and 72 of the piston ring 70 to decrease. This gives a greater radial response of the ring 70 achieved while at the same time the sealing system between the leg 71 and the radial wall 77 of the recess 75 are maintained will. The bevels 91 and 92 also serve to facilitate the isolation of the ring.

In den Fällen, in denen die Zylinderbohrung 11 mit einer Abschrägung versehen ist, wie es bei 93 gezeigt ist, kann die obere Wulst 86 axial nach unten versetzt werden, und zwar in eine Stellung, die bei 94 angezeigt ist, damit dieser Wulst frei von der Abschrägung 93 ist, wenn sich der Kolbenkopf 10 am oberen Totpunkt seines Hubes befindet. Die untere Wulst 95 kann an irgendeiner Stelle unterhalb der oberen Wulst 94 angeordnet sein, und zwar an einer solchen Stelle, daß der Abgleich des Ringes bei seiner Anlage gegen die Wandung 22 der Zylinderbohrung 11 in bestmöglicher Weise erfolgen kann.In those cases where the cylinder bore 11 has a chamfer is provided as shown at 93, the upper bead 86 can axially downward be displaced, namely in a position indicated at 94 so that this The bead is free from the bevel 93 when the piston head 10 is at top dead center its stroke. The lower bead 95 can be at any point below the upper bead 94 be arranged, in such a position that the alignment of the ring when it rests against the wall 22 of the cylinder bore 11 in the best possible way Way can be done.

Wie bereits dargelegt, kann der erfindungsgemäße Ring ein gegossener Ring sein oder dieser Ring kann zu einem U-Profil gewalzt sein. Die verminderte Dicke des Ringes verglichen -mit Standard-Kompressionsringen ermöglicht ein besseres Ansprechen des Ringes auf die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Wegen der großen Temperaturen, die an der Oberseite des Kolbens auftreten, werden normale Kcmpressionsringe außerordentlich stark abgenutzt. Aus diesem Grund sind die erfindungsgemäßen Ringe vorzugsweise mittels eines Flammensprühverfahrens beschichtet und zwar mit Molybdän oder ähnlichen Metallen. Die Ringe können auch mittels eines Plasmastrahlverfahrens mit hitzebeständigen Metalllegierungen beschichtet sein, wie es in der US-Patentanmeldung Serial No. 696 645 beschrieben wird.As already stated, the ring according to the invention can be a cast Be a ring or this ring can be rolled into a U-profile. The diminished Thickness of the ring compared to standard compression rings allows for a better one Response of the ring to the operating conditions of the internal combustion engine. Because the high temperatures that occur at the top of the piston become normal Pressure rings extremely worn. For this reason, the invention Rings preferably coated by means of a flame spray process, namely with Molybdenum or similar metals. The rings can also be made using a plasma jet process be coated with refractory metal alloys, as described in the US patent application Serial No. 696 645 is described.

Es ist zu erkennen, daß durch die Erfindung ein neuer Kolbenring geschaffen wird, der im wesentlichen einen U-förmigen Querschnitt hat und der an der Oberseite eines Kolbens angeordnet werden kann, um das Durchblasen zu vermindern und um die Abscheidung von Kohlenstoff herabzusetzen, während gleichzeitig die Bildung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen verhindert wird, die durch eine Kondensation von Brennstoffdämpfen an der Zylinderwand erzeugt wird, wobei diese Kondensationsprodukte in den Spalträumen zwischen dem Kolbenkopf und der Zylinderwandung bei den bisher bekannten Einrichtungen eingefangen werden.It can be seen that a new piston ring is created by the invention which has a substantially U-shaped cross-section and which is at the top one Piston can be placed to reduce blow-through and around separation of carbon decrease while at the same time the formation of unburned Hydrocarbons are prevented by a condensation of fuel vapors is generated on the cylinder wall, these condensation products in the crevices between the piston head and the cylinder wall in the previously known devices be captured.

Claims (6)

Patentansprüche Claims 9 Brennkraftmaschinenkolben mit einem Abdichtungsring mit Profil, der einen durch eine Ringnut am oberen Kolbenrand gebildeten Steg. umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schenkel (70, 72) des U-Profils die Flanken des Steges fest umspannen, daß der Umfangsstegabschnitt (73) des U-Profils den Steg (80) mit Spiel umgibt, daß in der Nähe'der Ober- und Unterkante des Umfangsstegabschnittes Wülste (86, 87; 94, 95) vorgesehen sind, daß eine Entlüftung (89) zwischen dem inneren Umfang des Umfangsstegabschnittes und dem Raum zwischen den Wülsten vorgesehen ist und eine weitere Entlüftung (85) zwischen dem Innenumfang des Umfangssteges des U-Profils und dem Spielraum zwischen Kolben und Zylinderwand axial unterhalb des Ringes.9 internal combustion engine pistons with a sealing ring with a profile, the one web formed by an annular groove on the upper edge of the piston. includes, thereby characterized in that the legs (70, 72) of the U-profile fixed the flanks of the web span around that the circumferential web section (73) of the U-profile the web (80) with play surrounds that in the vicinity of the upper and lower edges of the circumferential web section beads (86, 87; 94, 95) are provided that a vent (89) between the inner Perimeter of the peripheral web portion and the space between the beads is provided and a further vent (85) between the inner circumference of the peripheral web of the U-profile and the clearance between piston and cylinder wall axially below the Ring. 2. Brennkraftmaschinenkolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite des Steges gegenüber der Kolbenoberseite durch eine an der Kolbenoberseite ausgebildete Umfangsaussparung (75) zurückgesetzt ist.2. Internal combustion engine piston according to claim 1, characterized in that that the top of the web opposite the piston top by one on the piston top formed circumferential recess (75) is reset. 3. Brennkraftmaschinenkolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Dehnerring (81) zwischen dem Steg (80) und dem U-Profilring angeordnet ist.3. Internal combustion engine piston according to claim 1 or 2, characterized in that that an expansion ring (81) is arranged between the web (80) and the U-profile ring. 4. Brennkraf-tmaschinenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wülste in Umfangsrichtung um den Ring herum erstrecken.4. Brennkraf-tmaschinenkolben according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the beads extend circumferentially around the ring. 5. Brennkraftmaschinenkolben nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Umfang der Wülste mit einer hitzebeständigen Metalllegierung beschichtet ist.5. Internal combustion engine piston according to one of the preceding claims, characterized in that the outer periphery of the beads with a heat-resistant Metal alloy is coated. 6. Brennkraftmaschinenkolben nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wülste in Umfangsrichtung in Segmente unterteilt sind. Leerseite6. Internal combustion engine piston according to one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the beads are divided into segments in the circumferential direction. Blank page