Kolben für thermisch hochbelastete Brennkraftmaschinen. Eine der Hauptschwierigkeiten bei ther misch hochbelasteten Brennkraftmaschinen ergibt sich aus dem Versagen der obersten Kolbenringe. Einerseits nützen sie sich und den Einsatz übermässig ab, was unter Um ständen bis zum Fressen führen kann, und anderseits werden sie durch Ölrückstände in den Nuten festgeklebt und dadurch unwirk sam gemacht.
Bei niedrig belasteten Brennkraftmaschi- nen treten diese Schwierigkeiten in weit ge ringerem Masse auf, offenbar weil deren Kolbenringe kühler laufen. Die vorliegende Erfindung bezweckt, die Kolbenringe einer thermisch hochbelasteten Maschine gleich kühl laufen zu lassen wie die eines niedrig belasteten Motors. Dadurch wird ein grosser Teil der Schwierigkeiten behoben werden.
Die Erfindung betrifft einen Kolben für thermisch hochbelastete Brennkraftmaschi- nen und besteht darin, dass über der obersten Kolbenringnute ein Kanal vorgesehen ist, durch den Kühlmittel strömt, um den Wärme fluss nach dieser Nute hin aufzuhalten und die Kühlung der obern Nutenwand zu ver bessern.
Im Gegensatz zu den bisher bekannten Ausführungen mit zur Kolbenkühlung vor gesehenen Hohlräumen bezw. Kanälen, die auf allgemeine Temperaturerniedrigung der Kolbenwände zwecks Vermeidung von Ver- zunderung, Wärmespannungen etc. tendieren, wird hier in Anwendung der Erkenntnis, dass die obere Wand der obersten Kolbenringnute eine den Betrieb besonders gefährdende Stelle des Kolbens darstellt, diese speziell gekühlt.
Ein bisheriger Kolben sowie einige Aus führungsbeispiele des Kolbens nach der Er findung sind auf der Zeichnung schematisch dargestellt.
Fig. 1 stellt den bisherigen Kolben einer Brennkraftmaschine dar. Die vom Brenn- raum 1 auf den Kolben 2 übergehende Wärme fliesst zu einem grossen Teil über den obersten Kolbenring 3 zum Einsatz 4 ab. Auch bei normalen flüssigkeitsgekühlten Kolben ist der oberste Ring ungenügend ge- kühlt, da der Kühlraum des Kolbens aus Festigkeitsgründen nicht nahe genug an den Ring herangebracht werden kann.
Ist dies doch versucht, indem der Kolbenboden durch Rippen oder dergleichen weiter innen. ab gestützt ist, so bestehen Hohlräume, welche, falls nicht sehr glückliche Verhältnisse vor liegen, durch Rückstände (Kesselstein oder 01rückstände) ausgefüllt und dadurch. un wirksam werden. Wie die Pfeile Q in Fig. 1. zeigen, muss die von oben in den Kolben ein tretende Wärme um die oberste Kolbenring nut 6 herumfliessen, um von unten an der Auflagefläche 7 in den Kolbenring 3 ein zutreten.
Die Dicke der Temperaturkurven t"-t, um die Nute 6 herum ist gross und damit das Temperaturgefälle hoch, weshalb die obere Wand 8 der Nute 6 so heiss wird, dass sich an den Stellen 5 Ölrückstände bil den, welche den Kolbenring 3 in seiner Be wegung hemmen und schliesslich ganz blok- kieren. Die Richtigkeit dieser Überlegung wird durch die praktische Erfahrung be stätigt, dass die Rückstandsbildung meistens an der obern Wand der Nute beginnt.
Wenn es gelingt, die Wandtemperatur unterhalb der für die Bildung von klebrig-festen Öl rückständen geltenden Temperaturgrenze zii halten, so können die Ringe 3 und 10 nicht kleben bleiben. Ferner bringt die gute Kühlung der Nutenwand neben einer Tempe ratursenkung in der Nute auch eine solche im Ring und reduziert damit dessen durch Wärmespannungen hervorgerufenen Defor mationen. Die Schwierigkeiten im Ringlauf werden durch die kühlere Lauffläche der Ringe ebenfalls vermindert.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird die Kühlung durch einen nahe der obern Noten wand 8 geführten und von einem Kühlmittel durchströmten Kanal 11 erzielt, der gleich sam wie ein Schutzschild über der Nute 6 liegt und alle dieser sonst zufliessende Wärme auffängt und mit dem Kühlmittel abführt.
Auch eventuell von durchblasenden Gasen aus dem Verbrennungsraum 1 frisch hinzu kommende Wärme wird von der gefährdeten obern Notenwand 8 sofort wirksam abge- führt. Damit, iiri Kanal selbst keine Rücl;- stan(Isl)ildung auftritt, nruss ein so guter Wärmeübergang durch hohe Strömungs- gescliwindigkeit des Kühlmittels aufrecht erhalten werden, dass keine hohen Tempera turen auftreten.
Der ringförmige Kanal 11 kann kon- strukl-iv in verschiedener Weise ausgebildet sein. Naeh Fig. 3 wird das Kühlmittel durch ein Posatinenrolir 13 in den als in die Kolben masse 12 eingegossenes Rohr ausgeführten Kanal l l geleitet und bringt durch die Ktih- lung der obern Nutenwand neben einer Tem- peratursenkung in dieser selbst auch eine solche im Kolbenring 3, so dass dieser leichter läuft.
Aus dem Kanal 11 tritt das Kühl mittel durch das Auslassrohr 14 in den innern Kühlraum 15 und wird durch das Rohr 16 in einen nicht gezeichneten Sammelraum ab geführt.
Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungs beispiel, bei welchem der Kanal 11. durch eine in den Kolben eingesehnitt;ene Nute ge bildet wird, welche durch einen mittels der Schweissnähte 17' befestigten Ring 1.7 ge schlossen ist. Die Zuleitung des Kühlmittels erfolgt durch (las Rohr 18 und der Aus tritt des Kühlmittels durch das Rohr 19.
Nach Fig. 5 ist der Kolben unterteilt in einen Kolbenriiigträger 20 und den Kolben boden 21, zwischen denen durch Nuten bezw. Vorsprünge an einem Teil ein Kanal 11 ge bildet- ist, durch welche das Kühlmittel mit hoher Geschwindigkeit geführt wird. Die Kühlung kann noch ergänzt werden durch eine oder mehrere Windungen eines weiteren Kanals 22, --ins welchem das Kühlmittel ab fliesst. Das Kühlmittel kann natürlich auch in gegenteiliger Richtung geführt werden.
Der Kanal 22 ist mit Vorteil nahe an der innern Begrenzung der Kolbenringnuten an geordnet und kann so im Falle eines Kolbens ohne innern Kühlraum die sonst den Ringen vom Kolbeninnern her zufliessende Wärme abführen. Durch die beschriebene Trennung des Kolbens in einen Ringträger 20 und einen Kolbenboden 21 wird die Revision der Ka näle ausserordentlich erleichtert.
Pistons for internal combustion engines subject to high thermal loads. One of the main difficulties in thermally highly loaded internal combustion engines results from the failure of the top piston rings. On the one hand, they wear out themselves and the use excessively, which can lead to seizure under certain circumstances, and on the other hand, they are stuck in the grooves due to oil residues and thus made ineffective.
In the case of internal combustion engines with low loads, these difficulties occur to a far lesser extent, apparently because their piston rings run cooler. The purpose of the present invention is to allow the piston rings of a machine with high thermal loads to run as cool as that of a low-load engine. This will resolve a large part of the difficulties.
The invention relates to a piston for thermally highly stressed internal combustion engines and consists in that a channel is provided above the uppermost piston ring groove through which coolant flows in order to stop the flow of heat to this groove and to improve the cooling of the upper groove wall.
In contrast to the previously known designs with for piston cooling before seen cavities BEZW. Channels that tend to generally lower the temperature of the piston walls in order to avoid scaling, thermal stress, etc., are specially cooled here using the knowledge that the upper wall of the uppermost piston ring groove represents a point of the piston that is particularly endangering operation.
A previous piston, as well as some examples of execution from the piston according to the invention He are shown schematically in the drawing.
1 shows the previous piston of an internal combustion engine. The heat transferred from the combustion chamber 1 to the piston 2 flows to a large extent via the top piston ring 3 to the insert 4. Even with normal liquid-cooled pistons, the top ring is insufficiently cooled, since the cooling space of the piston cannot be brought close enough to the ring for reasons of strength.
This has been tried by moving the piston crown further inside by means of ribs or the like. is supported, there are cavities, which, if the circumstances are not very good, are filled with residues (scale or oil residues) and thereby. un become effective. As the arrows Q in FIG. 1 show, the heat entering the piston from above must flow around the uppermost piston ring groove 6 in order to enter the piston ring 3 from below on the bearing surface 7.
The thickness of the temperature curves t "-t around the groove 6 is large and thus the temperature gradient is high, which is why the upper wall 8 of the groove 6 is so hot that there are 5 oil residues bil the, which the piston ring 3 in its Inhibit movement and finally block it completely. The correctness of this consideration is confirmed by practical experience that the formation of residues usually begins on the upper wall of the groove.
If it is possible to keep the wall temperature below the temperature limit zii applicable for the formation of sticky-solid oil residues, the rings 3 and 10 cannot stick. In addition, the good cooling of the groove wall brings about a reduction in temperature in the groove as well as one in the ring and thus reduces its defor mations caused by thermal stresses. The difficulties in running the ring are also reduced by the cooler running surface of the rings.
As shown in Fig. 2, the cooling is achieved by a close to the upper notes wall 8 guided and flowed through by a coolant channel 11, which is like a protective shield over the groove 6 and collects all of this otherwise inflowing heat and with the Discharges coolant.
Any heat freshly added from the gases blown through from the combustion chamber 1 is also immediately and effectively removed from the endangered upper note wall 8. So that no residue (insulation) build-up occurs in the duct itself, a good heat transfer must be maintained by the high flow rate of the coolant that no high temperatures occur.
The annular channel 11 can be constructed in various ways. According to FIG. 3, the coolant is passed through a posatin roller 13 into the channel 11 designed as a tube cast into the piston mass 12 and, due to the cooling of the upper groove wall, brings about a temperature reduction in the latter as well as a temperature reduction in the piston ring 3, so that it runs more easily.
From the channel 11, the coolant passes through the outlet pipe 14 into the inner cooling space 15 and is passed through the pipe 16 into a collecting space, not shown.
4 shows a further exemplary embodiment in which the channel 11 is formed by a groove cut into the piston, which is closed by a ring 1.7 fastened by means of the weld seams 17 '. The coolant is fed in through tube 18 and the coolant exits through tube 19.
According to Fig. 5, the piston is divided into a Kolbenriiigträger 20 and the piston bottom 21, between which BEZW by grooves. Projections on one part of a channel 11 forms ge through which the coolant is passed at high speed. The cooling can be supplemented by one or more turns of a further channel 22, into which the coolant flows. The coolant can of course also be guided in the opposite direction.
The channel 22 is arranged with advantage close to the inner boundary of the piston ring grooves and so in the case of a piston without an internal cooling chamber can dissipate the heat otherwise flowing to the rings from the piston interior. The described separation of the piston into a ring carrier 20 and a piston head 21, the revision of the Ka channels is extremely facilitated.