CH326687A - Mehrteiliger, ölgekühlter Kolben für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

  Mehrteiliger, ölgekühlter     Kolben    für eine     Brennkraftmaschine       Es ist ein mehrteiliger,     ölgekühlter    Mulden  kolben bekannt für eine Dieselmaschine hoher  spezifischer Leistung mit Einspritzung des  Kraftstoffes in der Zylinderachse, so dass der  Kolben in der Mittelpartie thermisch am höch  sten belastet ist.

   Der Kolben besteht im we  sentlichen aus. einem     Kolbenhauptkörper    mit  Boden und aus einer flachen,     Kolbendichtringe     tragenden     Kolbenbodenplatte,    die mit Schrau  ben auf dem Boden des     Kolbenhauptkörpers     vom Zylinderkopf her und in Richtung des  Zylinderkopfes lösbar     befestigt    ist.     Zwischen     den Ringkanälen ergeben sich Ringflächen, die  auf dem flachen Boden des     Kolbenhauptkör-          pers    aufliegen und deren eine von den im Kreis  angeordneten Befestigungsschrauben durch  setzt wird.

   Als Kühlsystem hat die Kolben  bodenplatte mehrere konzentrische,     gewölbe-          artige    Ringkanäle, deren äusserem das Kühlöl  durch ein     Teleskoprohr    zugeführt wird. Dieser  äussere Ringkanal ist dicht an der Kolbenring  partie angeordnet und erstreckt sich über den  obersten     Kolbendichtring.    Aus der     Zufluss-          stelle    in der     Kolbenbodenplatte    tritt das     Kühl-          öl    in einen radialen Verteilerkanal, der die  weiteren konzentrischen Ringkanäle der Platte  kreuzt.

   Aus diesem Verteilerkanal strömt das  Kühlöl in beiden Umfangsrichtungen auf die  diametral gegenüberliegende Seite und sam  melt sich in einem ebenfalls radialen Kanal,  von     dein    es in einer     Abflussleitung    abgeführt    wird.

   Diese Anordnung hat den Nachteil, dass  das mit verhältnismässig hoher Geschwindig  keit in den Kolben hineingepumpte Öl beim  Eintritt in die     Kolbenbodenplatte    seine Ge  schwindigkeit infolge des plötzlich vergrösser  ten     Durchströmquerschnittes    erheblich ver  langsamt, so dass die thermisch am     höchsten     belastete Mittelpartie nur mit verminderter       Geschwindigkeit    bestrichen     wird.    Trotz     An-          ordnung    von Füllstücken zur Verengung der  Ringkanäle und zur Vergrösserung der Durch  flussgeschwindigkeit zeigten sich     Verkokungen,

       die zu Betriebsstörungen     führten.     



  -Die Erfindung geht von einer derartigen  Kolbenbauart aus und vermeidet aber die       unvollkommene    Kühlung dadurch, dass als  Kühlsystem in der     Kolbenbödenplatte    minde  stens zwei, von Füllstücken verengte Ring  kanäle und     unterhalb    des dem Zentrum nächst  liegenden Ringkanals im Boden des Kolben  körpers mindestens einweiterer Ringraum an  geordnet und mittels Durchlässen miteinander  und mit dem vom Kolbenkörper umschlossenen  Raum derart verbunden sind, dass das in die  sen Raum abfliessende Kühlöl die Ringkanäle  und den Ringraum nacheinander im Gegen  strom durchströmt, wobei die Kolbenboden  platte alle     Kolbendichtringe        trägt.    Ein der  artiges Kühlsystem mit z.

   B. nur wenigen kon  zentrischen Ringkanälen in der Kolbenboden  platte, in dem     unter    dem     innern    Ringkanal     ein         weiterer Ringkanal angeordnet ist,     Lund    der       Durchfluss    dieses Systems durch einen oder  mehrere Teilströme nacheinander und im Ge  genstrom ergibt eine intensive Kühlung be  sonders der<B>'</B> ittelpartie des Kolbens. Man hat  bei Grosskolben für langsam laufende     Brenn-          kraftmaschinen    bereits Ringräume angeord  net, die im Gegenstrom     durchflossen    werden.

    Es ist auch bekannt, die Strömungsgeschwin  digkeit gleichmässig beizubehalten durch An  ordnung eines Kühlsystems in Form einer Spi  rale, dem von aussen das Kühlöl zugeführt  wird und aus dessen Mitte das Kühlöl wieder       abgeführt    wird. Die Erfindung beruht in der  Beschränkung auf wenige Ringkanäle und in  der     Übereinanderanordnung    sowie ferner in  der Anordnung nur weniger, aber in bekann  ter Weise aller     Kolbendichtringe    an der ver  hältnismässig sehr niedrigen Kolbenboden  platte. Auf engstem Raum ist hiermit ein       Hochleistungskolben    geschaffen worden, der  für schnellaufende Dieselmotoren hoher spe  zifischer Leistungen geeignet ist.  



  Nach einer besonderen Ausführungsform  dient vorteilhaft das den letzten Ringkanal in  der     Kolbenbodenplatte    verengende Füllstück  als Trennwand gegen den     unterhalb    im     Kol-          benhauptkörper    angeordneten Ringraum und  weist nur auf der einen Seite     Durchtritts-          öffnungen    für das Kühlöl aus dem obern Ring  kanal in den untern Ringraum auf. Auch  hiermit ist eine bauliche Vereinfachung erzielt.  



  Ausser den beiden letzten     Ringkanalstufen     des     Kühlsystems    kann das Ende des Kühl  systems eine mittlere     Kühlkammer    in der     Kol-          benbodenplatte    und in dem     Kolbenhauptkör-          per    enthalten, in die das Kühlöl aus dem Ring  raum durch radiale Leitungen übertritt und  die     als    -     Sammelkammer    dient. Durch diese  zusätzliche mittlere Sammelkammer werden  die in die Mittelpartie besonders stark eintre  tenden Wärmemengen noch besser aufgenom  men und     abgeführt.     



  Die Zeichnungen veranschaulichen in  Grundzügen den     Oberteil    des Kolbens gemäss  zwei     Ausführungsbeispielen    der     .Erfindung.     Es zeigen:         Fig.1    vom ersten     Beispiel        einen        Längs-          inittelschnitt    nach der Linie     I-I    in     Fig.    3,       Fig.2    in Unteransicht die Kolbenboden  platte,       Fig.3        in.Draufsicht    den     Kolbenhauptkör-          per,

      wenn die     Kolbenbodenplatte    abgenom  men ist,     und          Fig.4    in einem     Längsmittelschnitt    das  zweite Beispiel.  



  In den Zeichnungen sind die nachfolgend  erwähnten Kanal- und Leitungsquerschnitte  waagrecht und     Ausnehmungen    senkrecht  schraffiert.  



  Der gezeichnete Kolben besitzt einen  Hauptkörper 1 mit der     Kolbenbodenplatte    2.  Diese Platte 2 liegt zur Hauptsache mit ihrer  Ringfläche 3 auf der Ringfläche 4 des     Kol-          benhauptkörpers    1 und ist dort mit Dehn  schrauben befestigt, die in der     Fig.    1 durch  die Mittellinien 5 angedeutet sind; die Boh  rungen sind mit 5' und die Gewinde mit 5"       (Fig.    2, 3) bezeichnet. Die     Kolbenbodenplatte     2 trägt sämtliche     Kolbendichtringe    6. Ein       Ölabstreifring    7     (Fig.    1) ist am Kolbenhaupt  körper 1 angebracht.  



  Im ersten     Beispiel        (Fig.1    bis 3) hat die       Kolbenbodenplatte    2 auf der dem Zylinder  raum zugekehrten Seite eine koaxiale Mulde 8       Lind    Warzen 9 als Auflager für die Köpfe der       Befestigungsschrauben.    Das Kühlsystem be  sitzt auf der untern Seite der Kolbenboden  platte 2 einen äussern Ringkanal 10, der sich  mit einem ausladenden Teil 11 über den obern  der Kolbenringe 6 erstreckt. Koaxial zum       äussein    Ringkanal 10 sind ein innerer Ring  kanal 12 und eine mittlere Kammer 13 ange  ordnet, die zusammen mit der im Kolbenhaupt  körper 1 vorhandenen mittleren Kammer 13'  eine     Sammelkammer    bildet.

   Die Wandung der  Ringkanäle 10 und 12 sowie der Kammer 13  ist mindestens zum Teil gewölbt. Der der       Kolbenbodenplatte    2 zugekehrte Boden des       Kolbenhauptkörpers    1 hat äussere     Ausnehmun-          gen    14 und     konzentrisch    dazu     Ausnehmungen     15, die gemäss     Fig.    3 sternförmig angeordnet  sind und durch speichenartig verlaufende Ver  steifungsrippen 16 voneinander getrennt sind.  Die innern     Ausnehmungen    15 sind durch      einen Ringkanal 17 miteinander verbunden.

    Zwischen dem Ringkanal 12 in der Kolben  bodenplatte 2 und den     Ausnehmungen    15 im       K        olbenhauptkörper    1 ist ein Füllstück 18 an  geordnet, das eine     Durchtrittsöffnung    19 be  sitzt zur Verbindung des Ringraumes 12 mit  dem darunter angeordneten Ring- bzw. Ver  bindungskanal 17 über die     Ausnehmungen    15.  Dieses Füllstück 18, welches den.

   Ringkanal 12  bis auf einen geringen     Durchflussquerschnitt     verengt, hat gemäss     Fig.3    eine Anzahl Ein  schnitte 20     sowie    zwei sektorenartige     Ausneh-          mungen    21 bzw. 22 an der Seite der     Bohrung     19 bzw. auf der gegenüberliegenden Seite. Das  Füllstück 18. ist mit vier Schrauben 23 auf  dem     Kolbenhauptkörper    1 befestigt. Der Quer  schnitt des äussern Ringkanals 10 in der       Kolbenbodenplatte    2 ist seinerseits im Be  reich von zwei Füllstücken 24 verengt, die  mit je drei Schrauben 25 auf dem Kolben  hauptkörper     befestigt    sind.

   In den äussern  Ringkanal 10 mündet das Tauchrohr 26. Auf  der gegenüberliegenden Zone führen vom  Ringkanal 10 zwei Kanäle 27 zum innern Ring  kanal 12. Vom Ringkanal 17 im     Kalbenhaupt-          körper    führen drei radiale Kanäle 28 in die  Sammelkammer l3-13', aus der eine Boh  rung 29 in den Innenraum des Kolbenhaupt  körpers führt. In     Fig.    1 ist mit 30 ein Auge  des Kolbenbolzens im     Kolbenhauptkörper    1 an  gedeutet.  



  Das Kühlöl wird durch das Tauchrohr 26  dem äussern Ringkanal 10 zugeleitet, in dem  es sieh in zwei Umfangsströme teilt; es kühlt       insbesondere    die     Kolbenringpartie.    Auf der  dem Tauchrohr 26 gegenüberliegenden Zone  vereinigen sich die Teilströme des Kühlöls, wel  ches von da aus durch die zwei Kanäle 27 in  den innern Ringkanal 12 fliesst, und zwar in  den     sektorartigen    Ausschnitt 22 des Füll  stückes 18. Hier verteilt sich das Öl wieder in  zwei Umfangsströme, die durch die Ein  schnitte 20 in dem Füllstück 18 verwirbelt  werden und infolge der hier vorhandenen ge  ringen     Durchflusshöhe    hohe Geschwindigkeit  haben. Hierdurch werden Ansätze oder Nie  derschläge, z.

   B.     Verkokungen,    aus dem Kühlöl  weitgehend vermieden, und es wird zugleich    die besonders hoch beanspruchte mittlere     Kol-          benbodenzone    intensiv gekühlt. Das Kühlöl  sammelt sich     wieder    auf der zur erwähnten  gegenüberliegenden Seite des     Ringkanals    12  etwa in dem     sektorartigen    Ausschnitt 21 und  fliesst dann durch die Bohrung 19 in die       darunterliegende        Ausnehmung    15 des Kolben  hauptkörpers 1.

   Von da fliesst das Kühlöl in  den Ringkanal 17, teilweise auch in die andern  mit dem Ringkanal 17 verbundenen     Ausneh-          mungen    15 und durch die drei radialen Ka  näle 28 in die Sammelkammer     13=13',    aus der  es durch die Bohrung 29 frei in den Innen  raum des     Kolbenhauptkörpers    1 austritt und  zur Schmierung des. Kolbenbolzens dienen  kann. Man kann die Ölförderung so knapp ein  stellen, dass das Öl stossweise aus der Bohrung  29 austritt.

   Hierdurch wird beim Hin- und  Hergehen des Kolbens bewirkt, dass das Öl  nicht nur in den Kammern 14 und 15, sondern  auch in seiner letzten Kühlphase in der Kam  mer 13-13' hin und her geschleudert wird  und so gerade in dieser letzten Phase noch aus  der hoch beanspruchten mittleren Kolben  bodenzone Wärme abzuführen vermag.  



  Die beschriebene besondere Eigenart des  Kolbens ermöglicht es, durch geeignete Be  messung der     Kühlölmenge    und - der     Durch-          strömquerschnitte,    an allen in Betracht kom  menden Stellen etwa das gleiche Temperatur  gefälle zwischen dem zu kühlenden Teil der       Kolbenbodenplatte    und dem Kühlöl zu haben.  Es ist ferner ein grosser Vorzug, dass durch die  Zufuhr des kühlen Öls an der     Kolbenringzone     diese am     kühlsten    gehalten wird, und dass  durch die Anordnung des mittleren Austrittes  aus der heissen Zone die dort aufgenommene  Wärme auf dem kürzesten Wege abgeführt  wird.

   Schliesslich ist durch geeignete Bemes  sung und Anordnung der Ringkanäle mit ge  wölbter     Wandung    und der     Ringauflageflächen     zu erreichen, dass den auch in die Auflage  flächen abfliessenden Wärmemengen ein Quer  schnitt zur Verfügung steht, der mit der Ent  fernung von der Wärme aufnehmenden Kol  benbodenfläche     wächst.     



  Gemäss dem beschriebenen Ausführungs  beispiel tritt also das Kühlöl in den äussern      Ringkanal ein, teilt sich dort in zwei zuein  ander entgegengesetzte Umfangsströme, die  sich in der Folge im Ringkanal wieder ver  einigen, worauf das Kühlöl in den benach  barten Ringkanal fliesst und sich in diesem  wieder in zwei Umfangsströme teilt, um  schliesslich aus dem dritten konzentrischen  Ringkanal, der entweder im     Koibenhaupt-          körper    1 oder auch in der     Kolbenbodenplatte     2 angeordnet sein kann, durch radiale Kanäle  in die mittlere     Sammelkammer    zu gelangen.

    Aus diesem Sammelraum kann das     Kühlöl    frei  in den vom     Kolbenhauptkörper    1 umschlos  senen Raum austreten und den Kolbenzapfen  schmieren.  



  Bei dieser Art des     Kühlsystems    herrscht       zwischen    zwei benachbarten     Kühlkanälen    stets  Gegenströmung, die für die Wärmeabfuhr und  den     Temperaturausgleich    sehr wirksam ist.  Diese Art der Führung der Kühlströme kann  grundsätzlich auch beibehalten werden, wenn  das Kühlöl etwa an zwei einander gegenüber  liegenden Stellen in den äussern Ringkanal       eintritt.    Eine derartige Bauart eignet sich  z. B. insbesondere für grössere Kolben.  



       Wesentlich    für den Kolben ist,     da.ss    das       Kühlöl    aussen in das Kühlsystem eintritt und  wenigstens annähernd in der Mitte des Kol  bens das Kühlsystem verlässt.  



  Bei dem in     Fig.    4 dargestellten zweiten Bei  spiel ist auf die mittlere Sammelkammer ver  zichtet. Das Kühlöl fliesst hier unmittelbar aus  dem     Ringraum    15' durch eine axiale Bohrung 29'  ab, welche der im Füllstück 18 vorgesehenen       Durchflussöffnung    19 diametral gegenüber  steht, die Bohrung 29' kann aber auch an  einer andern Stelle des Ringraumes angeord  net sein.  



  Die in     Fig.    4 gezeigte Ausführung enthält  also nicht die in den Ausführungen nach den       Fig.l    bis 3 vorgesehene letzte Kühlphase.  Die Berührungsfläche im     Xittelteil    zwischen  der     Kolbenbodenplatte    2 und dem Kolben  hauptkörper 1     ist    jedoch so ausreichend, dass  die anfallende Wärme vom Kolbenboden über  die beiden     übereinanderliegenden    konzentri  schen Ringkanäle 12 und 15' vom Kühlöl zu  verlässig und schnell abgeführt wird.

   5" sind    die Befestigungsschrauben zwischen der     Kol-          benbodenplatte    2 und dem     Kolbenhauptkörper     1, die in den     Fig.    1 und 5 nur durch die Mit  tellinien 5 angedeutet sind.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Mehrteiliger, ölgekühlter Kolben für eine Brennkraftmaschine insbesondere Fahrzeug dieselmotor, der in der Mittelpartie thermisch am höchsten belastet ist, mit einem Kolben hauptkörper mit Boden und mit einer Kolben dichtringe tragenden Kolbenbodenplatte, die mit Schrauben auf dem Boden des Kolben hauptkörpers, in Richtung des Zylinderkopfes, lösbar befestigt ist und als Kühlsystem meh rere konzentrische Ringkanäle mit mindestens zum Teil gewölbter Wandung hat, deren äusserem das Kühlöl zuerst zugeführt wird,

   der ferner in der Höhe der Kolbenringpartie an geordnet ist sowie sich über den obersten Kol- bendichtring erstreckt, zwischen welchen Ring kanälen sich Ringflächen ergeben, die auf dem ebenen Boden des Kolbenhauptkörpers auf liegen und deren eine von den im Kreis an geordneten Befestigungsschrauben durchsetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühl system in der Kolbenbodenplatte (2) minde stens zwei, von Füllstücken (24, 18) verengte Ringkanäle (10, 11, 12)

   und unterhalb des dem Zentrum nächstliegenden Ringkanals im Boden des Kolbenkörpers (1) mindestens ein weiterer Ringraum (17, 15') angeordnet und mittels Durchlässen (27, 19, 28, 29, 29') mit einander und mit dem vom Kolbenkörper um schlossenen Raum derart verbunden sind, dass das in diesen Raum abfliessende Kühlöl die Ringkanäle und den Ringraum nacheinander im Gegenstrom durchströmt, wobei die Kolben bodenplatte (2) alle Kolbendichtringe trägt. UNTERANSPRÜCHE 1. Kolben nach Patentanspruch, gekenn zeichnet durch Ausnehmungen (14, 15) im Kolbenhauptkörper (1) unterhalb der Ring kanäle (10, 12) der Kolbenbodenplatte (2). 2.

   Kolben nach Patentanspruch und Unter anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmtulgen (15) im Kolbenhauptkörper (1) unterhalb des innern Ringkanals (12) untereinander durch einen Ringkanal (17) verbunden sind. 3.

   Kolben nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich net, dass das den innern Ringkanal (12) der Kolbenbodenplatte (2) verengende Füllstück (18) als Trennwand gegen den unterhalb im Kolbenhauptkörper (1) angeordneten Ring kanal (17) dient und nur auf der einen Seite Durchtrittsöffnungen (19) für das Kühlöl aus dem obern Ringkanal (12) in den untern Ringkanal (17) aufweist. 4.

   Kolben nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeich net, dass die Ausnehmungen (14, 15) im Kol- benhauptkörper (1) zwischen Versteifungs rippen (16) angeordnet sind, die radial ver laufen und an deren Kreuzungsstellen mit der Hauptauflage-Ringfläche (4) die Einschraub- stellen (5") für die Dehnschrauben (5) an geordnet sind, mit denen die Kolbenboden- platte (2) am $olbenhauptkörper (1) be festigt ist. 5.

   Kolben nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1, 2 und 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Versteifungsrippen (16) .auch die Einschraubstellen für die Befesti gungsschrauben (23, 25) der Füllstücke-ent- halten. 6.

   Kolben nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch eine im Abflussweg (28, 29) des Kühlöls in der Kolbenbodenplatte (2) und in dem Kol- benhauptkörper (1) vorgesehene mittlere Kühlkammer als Sammelkammer (13, 13'), in die das Kühlöl aus dem innern Ringkanal<B>(17)</B> durch radiale Kanäle (28) übertritt. 7.

   Kolben nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, dass der das Ende des Kühlsystems bil dende Ringraum (15') am Kolbenhauptkörper (1) .mindestens eine Austrittsöffnung (29') hat (Fig.4).