DE102005048981B4

DE102005048981B4 - Piston for a crosshead motor

Info

Publication number: DE102005048981B4
Application number: DE102005048981A
Authority: DE
Inventors: Erik Crone
Original assignee: MAN B&W Diesel AS
Current assignee: MAN B&W Diesel AS
Priority date: 2005-10-13
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2025-10-14
Also published as: KR20070041399A; JP2007107525A; DE102005048981A1; CN1948740A; CN100513762C; KR100867646B1

Abstract

Kolben für einen Kreuzkopfmotor, insbesondere einen Zweitakt-Großdieselmotor, mit einem auf dem oberen Endbereich einer Kolbenstange (1) aufgenommenen Kolbenoberteil (2) das einen an einen umlaufenden Kolbenmantel (4) anschließenden Kolbenboden (3) aufweist, der eine zentrale Kühlkammer (8) abdeckt, die über eine in der Kolbenstange (1) angeordnete Versorgungsleitung (10) mit einem Kühlmittel beaufschlagbar ist, das über eine radial außerhalb der Versorgungsleitung (10) vorgesehene Rücklaufleitung (11) abführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende der Kolbenstange (1) ein in der in der Mitte erhöhten Kühlkammer (8) platzierter Einsatzkörper (17) angeordnet ist, dass der Einsatzkörper (17) die Rücklaufleitung (11) verschließt und einen mit der Versorgungsleitung (10) kommunizierenden Verteilerraum (20) aufweist, dass der Einsatzkörper (17) mit an den Verteilerraum (20) angeschlossenen Düsen (21) versehen ist, die auf die gegenüberliegende Innenseite des Kolbenbodens (3) gerichtet sind und dass der Einsatzkörper (17) von einem Ringraum (22) umgeben ist, der einen Kühlmittelsammelraum bildet.Piston for a cross-head engine, in particular a two-stroke large diesel engine, having a piston upper part (2) accommodated on the upper end region of a piston rod (1) and having a piston bottom (3) adjoining a circumferential piston skirt (4), which has a central cooling chamber (8). covering, which is acted upon via a in the piston rod (1) arranged supply line (10) with a coolant which via a radially outside the supply line (10) provided return line (11) can be discharged, characterized in that at the upper end of the piston rod ( 1), an insert body (17) placed in the elevated cooling chamber (8) is arranged, that the insert body (17) closes the return line (11) and has a distributor space (20) communicating with the supply line (10) Insert body (17) is provided with connected to the distributor space (20) nozzles (21), which on the opposite inside of the K olbenbodens (3) are directed and that the insert body (17) by an annular space (22) is surrounded, which forms a coolant collecting space.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Kreuzkopfmotor, insbesondere einen Zweitakt-Großdieselmotor, mit einem auf dem oberen Endbereich einer Kolbenstange aufgenommenen Kolbenoberteil, das einen an einen umlaufenden Kolbenmantel anschließenden Kolbenboden aufweist, der eine zentrale Kühlkammer abdeckt, die über eine in der Kolbenstange angeordnete Versorgungsleitung mit einem Kühlmittel beaufschlagbar ist, das über eine radial außerhalb der Versorgungsleitung vorgesehene Rücklaufleitung abführbar ist.The The invention relates to a piston for a crosshead motor, in particular a two-stroke large diesel engine, with a received on the upper end portion of a piston rod Piston upper part, which has a piston skirt adjoining a circumferential piston skirt having a central cooling chamber covering that over a arranged in the piston rod supply line with a coolant can be acted upon, over a radially outside the supply line provided return line is discharged.

Eine Anordnung dieser Art ist aus der DE 199 62 325 C2 bekannt. Bei dieser bekannten Anordnung tritt aus dem oberen Ende der durch eine zentrale Bohrung der Kolbenstange gebildeten Versorgungsleitung ein Kühlmittelstrahl aus, der auf den mittleren Bereich der Innenseite des Kolbenbodens auftritt. Dieser ist hier in der Mitte vertieft. Es ergibt sich daher eine von der Mitte nach radial außen ansteigende Kontur der oberen Begrenzung der Kühlkammer. Das auf die Mitte des Kolbenbodens auftreffende Kühlmittel wird dabei im Falle einer Verzögerung der aufwärtsgehenden Kolbenbewegung nach radial außen verteilt, so dass der gesamte Kolbenboden gekühlt wird.An arrangement of this kind is from the DE 199 62 325 C2 known. In this known arrangement emerges from the upper end of the supply line formed by a central bore of the piston rod from a coolant jet, which occurs on the central region of the inside of the piston crown. This is deepened here in the middle. Therefore, a contour of the upper boundary of the cooling chamber rises from the center to radially outward. The coolant impinging on the center of the piston crown is distributed radially outward in the event of a delay of the upward piston movement, so that the entire piston crown is cooled.

Die FR 10 99 734 beschreibt ebenfalls einen Kolben mit zur Mitte hin vertieftem Kolbenboden. Es ergibt sich somit eine von der Mitte nach radial außen ansteigende Kontur der oberen Begrenzung der Kühlkammer, ähnlich wie in der DE 199 62 325 C2 . Das vertiefte Zentrum des Kolbenbodens ist von einem Trichter umfasst, der mit dem zentralen Rücklaufrohr verbunden ist, das mit Saugzug beaufschlagt wird. Die hier vorgesehenen Düsen sind tangential zur Innenwand des Kolbenbo dens gerichtet. Die durch die Düsenanordnung bewirkte Rotation des Kühlmittels führt zu einer spiralartigen Bewegung des Kühlmittels, das, sobald es in den Bereich des Trichters gelangt, angesaugt und abgeführt wird.The FR 10 99 734 also describes a piston with recessed towards the center of the piston crown. This results in a rising from the center radially outward contour of the upper boundary of the cooling chamber, similar to in the DE 199 62 325 C2 , The recessed center of the piston crown is comprised of a funnel which is connected to the central return pipe, which is subjected to induced draft. The nozzles provided here are directed tangentially to the inner wall of the Kolbenbo dens. The rotation of the coolant caused by the nozzle arrangement results in a spiral movement of the coolant, which, as soon as it reaches the area of the funnel, is sucked in and removed.

Ferner ist aus der FR 14 31 466 ein Kolben bekannt, bei dem die Kolbenstange mit einer zentralen Rücklaufleitung versehen ist, die oben offen ist. Dieses offene Ende der Rücklaufleitung ist von in Form eines Kranzes angeordneten Düsen umfasst, die mit einer die zentrale Rücklaufleitung umgebenden, in der Kolbenstange vorgesehenen Versorgungsleitung kommunizieren. Die mit einem Kühlmittel beaufschlagbaren Düsen sind auf die gegenüberliegende Innenseite des Kolbenbodens gerichtet. Die Düsen des Düsenkranzes beaufschlagen lediglich eine ringförmige Fläche der gegenüberliegenden Innenseite des Kolbenbodens. Eine vollständige Beaufschlagung der Innenseite des Kolbenbodens durch diese Düsen ist jedoch nicht möglich, da die Düsen die einen verhältnismäßig großen Durchmesser aufweisende Rücklaufleitung kranzfömig umgeben. Dies wird dadurch noch verstärkt, dass die Rücklaufleitung oben offen ist.Furthermore, from the FR 14 31 466 a piston is known in which the piston rod is provided with a central return line, which is open at the top. This open end of the return line is comprised of nozzles arranged in the form of a ring which communicate with a supply line surrounding the central return line and provided in the piston rod. The acted upon by a coolant nozzles are directed to the opposite inside of the piston crown. The nozzles of the nozzle ring act only on an annular surface of the opposite inner side of the piston crown. However, a full admission of the inside of the piston crown by these nozzles is not possible, since the nozzles surround the relatively large diameter return line kranzfömig. This is reinforced by the fact that the return line is open at the top.

Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass auch bei einem Kolben mit in der Mitte erhöhtem Kolbenboden bzw. kuppelförmig ausgebildeter Kühlkammer eine zuverlässige Kühlung des Kolbenbodens erreicht wird.Of these, It is therefore the object of the present invention to provide a Arrangement mentioned above Kind with simple and inexpensive Means to improve so that even with a piston in the Middle raised Piston bottom or dome-shaped trained cooling chamber a reliable one cooling the piston crown is reached.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass am oberen Ende der Kolbenstange ein in der in der Mitte erhöhten Kühlkammer plazierter Einsatzkörper angeordnet ist, dass der Einsatzkörper die Rücklaufleitung verschließt und einen mit der Versorgungsleitung kommunizierenden Verteilerraum aufweist, dass der Einsatzkörper mit an den Verteilerraum angeschlossenen Düsen versehen ist, die auf die gegenüberliegende Innenseite des Kolbenbodens gerichtet sind und dass der Einsatzkörper von einem Ringraum umgeben ist, der einen Kühlmittelsammelraum bildet.These Task is inventively characterized solved, that at the upper end of the piston rod in the middle of a raised cooling chamber placed insert body is arranged, that the insert body closes the return line and with a the supply line has communicating distribution space, that the insert body is provided with connected to the distributor space nozzles, which on the opposing Inside the piston head are directed and that the insert body of Surrounding an annular space which forms a coolant collecting space.

Die jeweils einer Zone der zu kühlenden Innenseite des Kolbenbodens zugeordneten Düsen ermöglichen eine intensive Beaufschlagung der gesamten Innenoberfläche des Kolbenbodens mit Kühlmittel. Die auf die Innenoberfläche des Kolbenbodens auftreffenden Strahlen bilden dort radial zur Strahlachse sich ausdehnende Kühlschleier, die an den Zonengrenzen auf benachbarte Kühlschleier treffen, was zu Turbulenzen des Kühlmittels führt, welche einen hohen Wärmeübergang bewerkstelligen und dementsprechend die Kühlwirkung gegenüber einer laminaren Strömung erhöhen. Das von der durch die Düsen beaufschlagten Oberfläche ablaufende Kühlmittel wird im den Einsatzkörper umgebenden Sammelraum gesammelt und infolge der wirksamen Trägheitskräfte bei jeder Verzögerung der Aufwärtsbewegung des Kolbens im Bereich des oberen Totpunkts nach oben geschleudert, wodurch sich eine zusätzliche Beaufschlagung und damit zusätzliche Kühlung des Kolbenbodens ergibt.The each one zone of the to be cooled Inside of the piston head associated nozzles allow intensive loading the entire inner surface of the piston crown with coolant. The on the inner surface The rays striking the piston crown form there radially to the beam axis expanding veils, which meet at the zone boundaries on adjacent cooling veil, what to Turbulence of the coolant leads, which a high heat transfer accomplish and accordingly the cooling effect against a laminar flow increase. That of the through the nozzles applied surface draining coolant is in the insert body collected collecting space and due to the effective inertial forces at every delay the upward movement of the piston in the region of top dead center thrown upwards, which creates an extra Loading and thus additional cooling of the piston crown results.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Embodiments and appropriate training the parent Measures are in the subclaims specified.

So kann die von den Düsen beaufschlagte Innenseite des Kolbenbodens zweckmäßig glatt und nicht unterteilt sein. Dies begünstigt die Ausbildung von in radialer Richtung sich vergrößernden Kühlschleiern und damit die Entstehung von Turbulenzen im Kühlmittel.So can the from the nozzles acted upon the inside of the piston head expediently smooth and not divided be. This favors the formation of increasing in the radial direction cooling veils and thus the formation of turbulence in the coolant.

Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass die Anzahl der pro Flächeneinheit der Innenseite des Kolbenbodens jeweils vorgesehenen Düsen in Abhängigkeit von der jeweiligen Wärmebelastung gewählt ist. Bereichen mit höherer Wärmebelastung, beispielsweise den Einspritzbereichen, können daher mehr Düsen zugeordnet werden, als Bereichen mit geringerer Wärmebelastung. Hierdurch lassen sich in vorteilhafter Weise größere lokale Temperaturunterschiede ausgleichen.A further advantageous measure may be that the number of per unit area of the inside of the piston crown is in each case pre- see selected nozzles depending on the respective heat load. Regions with higher heat load, for example the injection areas, can therefore be assigned more nozzles than areas with a lower heat load. As a result, larger local temperature differences can be compensated in an advantageous manner.

In weiterer Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann die Achse der Düsen im Wesentlichen rechtwinklig zur jeweils zugeordneten Oberfläche der Innenseite des Kolbenbodens verlaufen. Dies begünstigt die gleichmäßige, radiale Ausbreitung der Kühlschleier und damit eine zuverlässige Beaufschlagung der gesamten Innenoberfläche des Kolbenbodens.In Further training of the higher-level measures can the axis of the nozzles substantially perpendicular to the respective associated surface of the Run inside the piston head. This favors the uniform, radial Spread of the cooling curtain and thus a reliable admission the entire inner surface of the piston crown.

Zweckmäßig beträgt der Abstand zwischen den Düsen und der jeweils zugeordneten Innenoberfläche des Kolbenbodens das 4- bis 7-fache des Düsendurchmessers. Dies ermöglicht die Ausbildung eines zuverlässigen Strahlkegels, was wiederum die Bildung von in radialer Richtung sich ausbreitenden Kühlschleiern begünstigt.The distance is expedient between the nozzles and the respectively associated inner surface of the piston crown 4- up to 7 times the nozzle diameter. this makes possible the training of a reliable Beam cone, which in turn causes the formation of in the radial direction expanding cooling curtains favored.

Gemäß einer weiteren Fortbildung der übergeordneten Maßnahmen kann der umlaufende Kolbenmantel mit achsparallelen Kühlbohrungen versehen sein, die über vom Kühlmittelsammelraum ausgehende, schräg nach oben gerichtete Verbindungsbohrungen mit Kühlmittel beaufschlagbar sind. Der den Einsatzkörper umfassende Sammelraum führt in vorteilhafter Weise nicht nur zu einer zusätzlichen Beaufschlagung der oberen Begrenzung der Kühlkammer mit Kühlmittel, sondern ermöglicht trotz des zum Rand hin abfallenden Verlaufs der oberen Begrenzung der Kühlkammer auch eine zuverlässige Beaufschlagung der Kühlbohrungen mit Kühlmittel, das anschließend über die Rücklaufleitung ablaufen kann.According to one further training of the parent activities can the circumferential piston skirt with axially parallel cooling holes be over from the coolant collecting space outgoing, oblique upward connecting bores can be acted upon with coolant. The the insert body comprehensive collection room leads advantageously not only to an additional admission of the upper limit of the cooling chamber with coolant, but allows despite the slope of the upper boundary that slopes down towards the edge the cooling chamber also a reliable admission the cooling holes with coolant, the then on the Return line can expire.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.Further advantageous embodiments and expedient developments of the higher-level measures are specified in the remaining subclaims and from the the following example description with reference to the drawing closer.

In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:In the drawings described below show:

1 einen Radialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben ohne Kühlmittel, 1 a radial section through a piston according to the invention without coolant,

2 die Anordnung gemäß 1 mit Kühlmittel beim Erreichen des unteren Totpunkts und 2 the arrangement according to 1 with coolant when reaching bottom dead center and

3 die Anordnung gemäß 1 mit Kühlmittel beim Erreichen des oberen Totpunkts. 3 the arrangement according to 1 with coolant when reaching top dead center.

Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind Zweitakt-Großdieselmotoren in Kreuzkopfbauweise, wie sie für Schiffsantriebe etc. Verwendung finden. Der Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Motoren sind an sich bekannt.Main application The present invention relates to two-stroke large diesel engines in crosshead construction, as for Ship propulsion etc. find use. The structure and the mode of action Such engines are known per se.

Der in 1 dargestellte Kolben ist über eine Kolbenstange 1 mit einem nicht näher dargestellten Kreuzkopf verbunden. Der Kolben enthält ein Kolbenoberteil 2 mit einem dem Brennraum zugewandten Kolbenboden 3 und einem den äußeren Rand des Kolbenbodens 3 aufnehmenden, umlaufenden Kolbenmantel 4, an dem ein Kolbenunterteil 5 angebracht ist. Das Kolbenoberteil 2 ist auf einem im Bereich des oberen Endes der Kolbenstange 1 vorgesehenen Flansch 6 aufgenommen. Hierzu ist der umlaufende Kolbenmantel 4 mit einem radial inneren, unter Zwischenschaltung einer Dichtung 24 auf dem Flansch 6 aufsitzenden, umlaufenden Steg 7 versehen, der zusammen mit dem Kolbenboden 3 eine zentrale, dem Kolbenboden 3 zugeordnete Kühlkammer 8 des Kolbenoberteils 2 begrenzt. Die Kol benstange enthält einen den Flansch 6 überragenden Zapfen 9, der in die Kühlkammer 8 eingreift und deren unteren Abschluss bildet.The in 1 shown piston is via a piston rod 1 connected to a crosshead, not shown. The piston contains a piston upper part 2 with a combustion chamber facing the piston head 3 and one the outer edge of the piston crown 3 receiving, circumferential piston skirt 4 , on which a piston lower part 5 is appropriate. The piston upper part 2 is on one in the area of the upper end of the piston rod 1 provided flange 6 added. For this purpose, the circumferential piston skirt 4 with a radially inner, with the interposition of a seal 24 on the flange 6 seated, circumferential jetty 7 provided, which together with the piston crown 3 a central, the piston crown 3 associated cooling chamber 8th of the piston top 2 limited. The Kol rod contains a flange 6 towering cones 9 in the cooling chamber 8th engages and forms its lower end.

Der Kolbenboden 3, der im Bereich der Kühlkammer 8 eine etwa gleiche Dicke aufweist, ist in der Mitte erhöht, so dass sich eine kuppelartige Gestalt ergibt. Dies gilt dementsprechend auch für die durch die Innenseite des Kolbenbodens 3 gebildete, obere Begrenzung der Kühlkammer 8.The piston bottom 3 in the area of the cooling chamber 8th has an approximately equal thickness is increased in the middle, so that there is a dome-like shape. This applies accordingly also for through the inside of the piston crown 3 formed, upper boundary of the cooling chamber 8th ,

Die Kühlkammer 8 ist mit einem Kühlmittel beaufschlagbar. Hierzu ist die Kolbenstange 1 mit einer der Kühlkammer 8 zugeordneten, mit einem Kühlmittel beaufschlagbaren Versorgungsleitung 10 und einer außerhalb dieser angeordneten Rücklaufleitung 11 versehen. Die Versorgungsleitung 10 wird durch ein in eine zentrale Bohrung der Kolbenstange 1 eingesetztes Rohr 12 gebildet, das von einem die Rücklaufleitung 11 bildenden Ringkanal umfasst ist. Das der Versorungsleitung 10 zugeführte Kühlmittel kann unter einem bestimmten Druck stehen. Die Rücklaufleitung 11 ist drucklos.The cooling chamber 8th is acted upon by a coolant. For this purpose, the piston rod 1 with one of the cooling chamber 8th associated, acted upon by a coolant supply line 10 and a return line arranged outside of this 11 Mistake. The supply line 10 is inserted through a into a central bore of the piston rod 1 inserted pipe 12 formed by a return line 11 forming annular channel is included. That of the supply line 10 supplied coolant can be under a certain pressure. The return line 11 is depressurized.

Der Kolbenmantel 4 ist in seinem äußeren Bereich mit über seinen Umfang verteilten, vorzugsweise achsparallelen Kühlbohrungen 13 versehen, die jeweils über eine zugeordnete Verbindungsbohrung 14 mit der mit einem Kühlmittel beaufschlagbaren Kühlkammer 8 verbunden sind. Jeder Kühlbohrung 13 ist mindestens eine Verbindungsbohrung 14 zugeordnet. Die achsparallelen Kühlbohrungen 13 gehen von einem sie verbindenden, durch das Kolbenunterteil 5 nach unten verschlossenen Ringkanal 15 ab, der über radiale Stichbohrungen 16 im Flansch 6 mit der Rücklaufleitung 11 kommuniziert. Die Stichbohrungen 16 sind etwas oberhalb der Sohle des Ringkanals 15 angeordnet.The piston skirt 4 is in its outer region with distributed over its circumference, preferably axially parallel cooling holes 13 each provided with an associated connection hole 14 with the acted upon by a coolant cooling chamber 8th are connected. Every cooling hole 13 is at least one connection hole 14 assigned. The axis-parallel cooling holes 13 go from one connecting them, through the piston base 5 closed at the bottom ring channel 15 off, via radial tap holes 16 in the flange 6 with the return line 11 communicated. The tap holes 16 are slightly above the bottom of the ring channel 15 arranged.

Auf das obere Ende der Kolbenstange 1, d. h. hier des die Kühlkammer 8 nach unten begrenzenden Zapfens 9 der Kolbenstange 1 ist ein in der Kühlkammer 8 plazierter Einsatzkörper 17 aufgesetzt, der den die Rücklaufleitung 11 bildenden Ringkanal mit einem in diesen eingreifenden Ringzapfen 18 verschließt, in dessen zentrale Bohrung 19 das die Versorgungsleitung 10 enthaltende Rohr 12 eingreift. Die Bohrung 19 kommuniziert mit einem im Einsatzkörper 17 vorgesehenen Verteilerraum 20, an den auf dem Einsatzkörper 17 angeordnete Düsen 21 angeschlossen sind, die in die Kühlkammer 8 hineinragen. Die Düsen 21 können einfach als auf dem Einsatzkörper 17 aufgenommene Rohrabschnitte ausgebildet sein.On the upper end of the piston rod 1 , ie here of the cooling chamber 8th downwards limiting pin 9 the piston rod 1 is one in the cooling chamber 8th placed insert body 17 put on the the return line 11 forming annular channel with an engaging in this circular pin 18 closes, in its central bore 19 that the supply line 10 containing pipe 12 intervenes. The hole 19 communicates with one in the insert body 17 provided distribution space 20 , on the on the insert body 17 arranged nozzles 21 connected to the cooling chamber 8th protrude. The nozzles 21 can be easier than on the insert body 17 recorded pipe sections may be formed.

Die Enden der die Düsen 21 bildenden Rohrabschnitte sind auf die Innenseite des Kolbenbodens, d. h. auf die obere Begrenzung der Kühlkammer 8 gerichtet, wobei die Düsenachse im Wesentlichen rechtwinklig zur jeweils zugeordneten Auftrefffläche ist. Der Abstand der Düsen 21 von der jeweils zugeordneten Auftrefffläche beträgt 20 bis 30 mm. Dies ist in der Regel das 4- bis 7-fache des Düsendurchmessers, d. h. des lichten Durchmessers der die Düsen 21 bildenden Rohrabschnitte.The ends of the nozzles 21 forming pipe sections are on the inside of the piston crown, ie on the upper boundary of the cooling chamber 8th directed, wherein the nozzle axis is substantially perpendicular to the respective associated impact surface. The distance of the nozzles 21 from the respectively associated impact surface is 20 to 30 mm. This is usually 4 to 7 times the nozzle diameter, ie the clear diameter of the nozzles 21 forming pipe sections.

Der Durchmesser des Einsatzkörpers 17 ist kleiner als die lichte Weite der Kühlkammer 8. Auf diese Weise ergibt sich ein den Einsatzkörper 17 umgebender Ringraum 22. Dieser fungiert als Sammelraum für das von den Wänden der als Kühlkammer 8 ablaufende Kühlmittel. Die Verbindungsbohrungen 14 gehen vom Ringraum 22 ab und sind hiervon ausgehend schräg nach oben gerichtet. Um eine vollständige Entleerung des Ringraums 22 zu ermöglichen, ist dieser durch eine auf Bodenniveau abgehende, einen vergleichsweise kleinen Querschnitt aufweisende Drainageleitung 23 mit der Rücklaufleitung 11 verbunden. Der Querschnitt der Drainageleitung 23 kann so klein sein, dass während des normalen Betriebs hierüber keine größere Kurzschlussströmung und damit kein nennenswerter Verlust an Kühlmittel stattfindet. Es genügt, wenn der Ringraum 22 bei passiviertem Motor innerhalb einer längeren Zeitspanne in der Größenordnung von einer Stunde etc. leerlaufen kann. Eine lichte Weite der Drainageleitung von 4–7 mm ist daher völlig ausreichend. Durch die genannten Maßnahmen wird sichergestellt, dass bei Wartungsarbeiten das Kolbenoberteil 2 demontiert werden kann, ohne dass Kühlmittel aus dem Ringraum 22 verschüttet wird.The diameter of the insert body 17 is smaller than the clear width of the cooling chamber 8th , In this way, there is an insert body 17 surrounding annulus 22 , This acts as a collection room for the walls of the as a cooling chamber 8th draining coolant. The connection holes 14 go from the annulus 22 starting from and are starting from this obliquely upward. To complete emptying of the annulus 22 this is possible by means of a drainage pipe which leads out to ground level and has a comparatively small cross-section 23 with the return line 11 connected. The cross section of the drainage line 23 may be so small that during normal operation there is no major short circuit flow and therefore no appreciable loss of coolant. It is enough if the annulus 22 with passivated engine within a longer period of time of the order of one hour, etc. can idle. A clear width of the drainage line of 4-7 mm is therefore completely sufficient. The measures mentioned ensure that the piston upper part during maintenance work 2 can be dismantled without leaving coolant from the annulus 22 is spilled.

Wenn die Versorgungsleitung 10 mit Kühlmittel beaufschlagt wird, tritt diese an den Düsen 21 in Form von in den 2 und 3 durch Pfeile angedeuteten Kühlmittelstrahlen aus, die auf die jeweils gegenüberliegenden Wandbereiche der Innenseite des Kolbenbodens 3 auftreffen und diesen kühlen. Die Düsen 21 sind dabei so angeordnet, dass jede Düse 21 eine zugeordnete Zone der Innenfläche des Kolbenbodens 3 beaufschlagt. Die Verteilung der Düsen 21 ist dabei so gewählt, dass die ganze Fläche der Innenseite des Kolbenbodens 3 zuverlässig mit Kühlmittel beaufschlagt wird. Um Temperaturunterschiede innerhalb des Kolbenbodens 3 möglichst einzudämmen bzw. zu vermeiden kann die Verteilung der Düsen 21 so gewählt sein, dass Flächenbereichen mit größerer Wärmebelastung eine größere Anzahl von Düsen 21 zugeordnet ist. So kann beispielsweise einem bei der Einspritzung vom Brennstoff getroffenen Bereich des Kolbenbodens 3 eine größere Anzahl von Düsen 21 zugeordnet sein, als anderen gleichgroßen Bereichen.When the supply line 10 With coolant is applied, this occurs at the nozzles 21 in the form of in the 2 and 3 indicated by arrows coolant jets, which on the respective opposite wall portions of the inside of the piston crown 3 hit and cool this. The nozzles 21 are arranged so that each nozzle 21 an associated zone of the inner surface of the piston crown 3 applied. The distribution of the nozzles 21 is chosen so that the whole surface of the inside of the piston crown 3 Reliable with coolant is applied. To temperature differences within the piston crown 3 as possible to reduce or avoid the distribution of the nozzles 21 be chosen so that areas with higher heat load a larger number of nozzles 21 assigned. For example, a region of the piston crown hit by the fuel during injection 3 a larger number of nozzles 21 be assigned as other equal areas.

Die Achsen der Düsen 21 sind, wie schon erwähnt, etwa rechtwinklig, d. h. in einem Winkel von 90 Grad +/– 10 Grad zur jeweils zugeordneten Auftrefffläche der Innenoberfläche des Kolbenbodens 3 angeordnet. Die auf die Innenoberfläche des Kolbenbodens 3 auftreffenden Strahlen entfernen einen dort noch vorhandenen Kühlmittelfilm und dringen somit ganz zur zu kühlenden Oberfläche vor. Die Strahlen bilden auf dieser in radialer Richtung sich vergrößernde Kühlschleier. Um eine gleichmäßige, radiale Ausbreitung der Kühlschleier zu begünstigen, weist die Innenoberfläche des Kolbenbodens 3 eine möglichst glatte, nicht unterteilte Gestalt auf. Dort wo die in radialer Richtung sich ausdehnenden Kühlschleier aufeinander treffen, ergeben sich Turbulenzen, die den Wärmeübergang vom Kolbenboden 3 zum Kühlmittel und damit die Kühlwirkung begünstigen. Dasselbe gilt für den oben bereits erwähnten Düsenabstand, der die Ausbildung günstiger Sprühkegel ermöglicht.The axes of the nozzles 21 are, as already mentioned, approximately at right angles, ie at an angle of 90 degrees +/- 10 degrees to the respective associated impact surface of the inner surface of the piston crown 3 arranged. The on the inner surface of the piston crown 3 impinging jets remove a coolant film still present there and thus penetrate completely to the surface to be cooled. The rays form on this in the radial direction increasing cooling veil. In order to promote a uniform, radial propagation of the cooling veil, the inner surface of the piston crown has 3 a smooth as possible, not divided shape. Where the cooling veils that expand in the radial direction meet, turbulences occur that affect the heat transfer from the piston crown 3 to the coolant and thus favor the cooling effect. The same applies to the above-mentioned nozzle spacing, which allows the formation of favorable spray cone.

Als Kühlmittel findet in an sich bekannter Weise eine Kühlflüssigkeit in Form von Wasser oder vorzugsweise Öl Verwendung. Der Einsatzkörper 17 mit den Düsen 21 verhindert, dass von der gekühlten Oberfläche zurückkommendes Kühlmittel in die Versorgungsleitung 10 zurückfließen kann. Es ist daher sichergestellt, dass stets frisches Kühlmittel zur Verfügung steht. Das von der gekühlten Oberfläche zurückkommende Kühlmittel sammelt sich in dem den Einsatzkörper 17 umgebenden Ringraum 22, der dementsprechend einen Kühlmittelsammelraum bildet.The coolant used in a conventional manner, a cooling liquid in the form of water or preferably oil use. The insert body 17 with the nozzles 21 prevents coolant returning from the cooled surface from entering the supply line 10 can flow back. It is therefore ensured that always fresh coolant is available. The coolant returning from the cooled surface collects in the insert body 17 surrounding annulus 22 , which accordingly forms a coolant collecting space.

Das in der Kühlkammer 8 sich befindende Kühlmittel ist den aufgrund der Bewegung des Kolbens entstehenden Trägheitskräften unterworfen. Auf das Kühlmittel wirken dementsprechend nach oben bzw. nach unten gerichtete Trägheitskräfte, die bei der Richtungsumkehr des Kolbens bzw. der einer Richtungsumkehr vorausgehenden Verzögerung des Kolbens zu Relativbewegungen des Kühlmittels gegenüber dem Kolben führen.That in the cooling chamber 8th Existing coolant is subjected to the resulting due to the movement of the piston inertial forces. Accordingly, upwards or downwards directed inertia forces act on the coolant, which lead to relative movements of the coolant relative to the piston when the direction of the piston reverses or the piston decelerates in a direction reversal.

Wenn der Kolben beim Abwärtshub im Bereich des unteren Totpunkts verzögert wird, wird das in der Kühlkammer 8 enthaltene Kühlmittel, wie in 2 durch dunkle Flächen angedeutet ist, in den durch den Ringraum 22 gebildeten Sammelraum hineingedrückt. Auch am Boden des Ringkanals 15 sammelt sich Kühlmittel. Das gilt auch für den Aufwärtshub, solange dort eine positive Beschleunigung des Kolbens nach oben erfolgt. Das in den Sammelraum hineingedrückte Kühlmittel kann über die Verbindungsbohrungen 14 entweichen. Die vom Sammelraum ausgehend schräg nach oben ansteigenden Verbindungsbohrungen 14 bilden dabei praktisch Düsen, die jeweils einen in die zugeordnete Kühlbohrung 13 eintretenden Kühlmittelstrahl erzeugen, wie in 2 durch Pfeile angedeutet ist. Die Verbindungsbohrungen 14 sind dabei so angeordnet, dass ihre Achse und dementsprechend auch der erzeugte Kühlmittelstrahl in der Nähe des oberen Bohrungsendes der zugeordneten Kühlbohrung 13 auf die gegenüberliegende Wand auftrifft, wodurch im oberen Endbereich der Kühlbohrungen 13 eine Bewegung des Kühlmittels und damit ein guter Kühleffekt bewerkstelligt wird. Das in den Kühlbohrungen 14 vorhandene Kühlmittel wird bei der Verzögerung der Aufwärtsbewegung des Kolbens ebenfalls nach unten bewegt, wodurch der Ringkanal 15 bis zur Überlaufkante der Stichbohrung 16 mit Kühlmittel gefüllt wird. When the piston on the downstroke in Be rich of bottom dead center is delayed, that is in the cooling chamber 8th contained coolant, as in 2 indicated by dark areas in the through the annulus 22 pressed in collecting space formed. Also at the bottom of the ring channel 15 collects coolant. This also applies to the upstroke, as long as there is a positive acceleration of the piston upwards. The coolant injected into the plenum can pass through the connection bores 14 escape. Starting from the collecting space starting obliquely upwards connecting holes 14 form practically nozzles, each one in the associated cooling hole 13 generate incoming coolant jet, as in 2 indicated by arrows. The connection holes 14 are arranged so that their axis and, accordingly, the generated coolant jet in the vicinity of the upper bore end of the associated cooling hole 13 impinges on the opposite wall, whereby in the upper end of the cooling holes 13 a movement of the coolant and thus a good cooling effect is accomplished. That in the cooling holes 14 existing coolant is also moved in the delay of the upward movement of the piston downwards, whereby the annular channel 15 to the overflow edge of the tap hole 16 is filled with coolant.

Wenn der Kolben im Verlauf des Aufwärtshubs bei der Annäherung an den oberen Totpunkt verzögert wird, wird das im Ringraum 22 enthaltene Kühlmittel aus diesem herausgeschleudert und an die gegenüberliegende, obere Begrenzung der Kühlkammer 8 geworfen. Dies liegt der 3 zugrunde. Auf diese Weise erhält die obere Begrenzung der Kühlkammer 8 eine zusätzliche, in 3 ebenfalls durch dunkle Flächen angedeutete Kühlmittelbeaufschlagung und damit zusätzliche Kühlung. Auch in den Kühlbohrungen 13 wird Kühlmittel hochgeworfen und an die obere Bohrungswand geklatscht, wie in 3 weiter durch dunkle Flächen angedeutet ist. Das in den Verbindungsbohrungen 14 enthaltene Kühlmittel wird durch die nach oben gerichteten Kräfte aus den Verbindungsbohrungen 14 nach oben herausgedrückt, wodurch sich starke Strahlen ergeben. Das in den Kühlbohrungen 13 und in dem diese verbindenden Ringkanal 15 enthaltene Kühlmittel wird dabei ebenfalls nach oben geschleudert, wodurch der brennraumnahe Endbereich der Kühlbohrungen 13 eine zusätzliche Kühlung erhält. Die auf das Kühlmittel wirkenden, nach oben gerichteten Kräfte sind auch beim Abwärtshub des Kolbens wirksam, solange dieser positiv nach unten beschleunigt wird.If the piston is decelerated in the course of the upstroke on approaching the top dead center, that will be in the annulus 22 contained coolant ejected from this and the opposite, upper boundary of the cooling chamber 8th thrown. This is the 3 based. In this way, the upper limit of the cooling chamber gets 8th an additional, in 3 also indicated by dark areas coolant application and thus additional cooling. Also in the cooling holes 13 Coolant is thrown up and clapped to the upper bore wall, as in FIG 3 further indicated by dark areas. That in the connection holes 14 contained coolant is due to the upward forces from the connection holes 14 pushed out upward, resulting in strong rays. That in the cooling holes 13 and in which this connecting annular channel 15 included coolant is also thrown upward, causing the near the combustion chamber end of the cooling holes 13 receives additional cooling. The forces acting on the coolant, upward forces are also effective in the downward stroke of the piston, as long as it is positively accelerated downwards.

Aufgrund der Bewegungsumkehr des Kolbens und der unterschiedlichen Beschleunigungen wird das in der Kühlkammer 8 und in den Kühlbohrungen 13 enthaltene Kühlmittel, wie vorstehend dargelegt wurde, auf- und abgeschleudert und damit in Bewegung gehalten, was die Kühlwirkung intensiviert. Gleichzeitig ergibt sich hierdurch ein gewisser Pumpeffekt, durch den das Kühlmittel über die Verbindungsbohrungen 14 vom Ringraum 22 den Kühlbohrungen 13 zugeführt wird, von welchen es über den Ringkanal 15 und die Stichbohrungen 16 in die Rücklaufleitung 11 ablaufen kann. Die genannten Kräfte führen daher auch zu einer zuverlässigen Zirkulation des Kühlmittels.Due to the reversal of movement of the piston and the different accelerations that is in the cooling chamber 8th and in the cooling holes 13 contained coolant, as stated above, and spun and thus kept in motion, which intensifies the cooling effect. At the same time this results in a certain pumping effect, through which the coolant via the connecting holes 14 from the annulus 22 the cooling holes 13 is supplied from which it via the annular channel 15 and the tap holes 16 in the return line 11 can expire. The forces mentioned therefore also lead to a reliable circulation of the coolant.

11: Kolbenstangepiston rod
22: KolbenoberteilPiston crown
33: Kolbenbodenpiston crown
44: Kolbenmantelpiston skirt
55: KolbenunterteilPiston part
66: Flanschflange
77: Stegweb
88th: Kühlkammercooling chamber
99: Zapfenspigot
1010: Versorgungsleitungsupply line
1111: RücklaufleitungReturn line
1212: Rohrpipe
1313: Kühlbohrungencooling holes
1414: Verbindungsbohrungenconnecting bores
1515: Ringkanalannular channel
1616: Stichbohrungentapholes
1717: Einsatzkörperinsert body
1818: Ringzapfenring pin
1919: Bohrungdrilling
2020: Verteilerraumdistribution space
2121: Düsenjet
2222: Ringraumannulus
2323: Drainageleitungdrainage line
2424: Dichtungpoetry

Claims

Piston for a cross-head engine, in particular a two-stroke large diesel engine, with one on the upper end region of a piston rod ( 1 ) received piston upper part ( 2 ) the one to a circumferential piston skirt ( 4 ) subsequent piston head ( 3 ) having a central cooling chamber ( 8th ), which via one in the piston rod ( 1 ) supply line ( 10 ) can be acted upon by a coolant, which via a radially outside of the supply line ( 10 ) provided return line ( 11 ) is dischargeable, characterized in that at the upper end of the piston rod ( 1 ) in the middle of the elevated cooling chamber ( 8th ) placed insert body ( 17 ) is arranged, that the insert body ( 17 ) the return line ( 11 ) and one with the supply line ( 10 ) communicating distribution space ( 20 ), that the insert body ( 17 ) to the distribution room ( 20 ) connected nozzles ( 21 ) provided on the opposite inner side of the piston crown ( 3 ) are directed and that the insert body ( 17 ) of an annulus ( 22 ), which forms a coolant collecting space.

Piston according to claim 1, characterized in that all areas of the inside of the piston crown ( 3 ) Nozzles ( 21 ) assigned.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the number of per unit area of the inside of the piston crown ( 3 ) respectively provided nozzles ( 21 ) is selected depending on the respective heat load.

Piston according to Claim 3, characterized in that the regions of the piston crown which are acted on with fuel during the injection ( 3 ) is assigned a higher nozzle concentration than outside it.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that that of the nozzles ( 21 ) acted upon inside of the piston crown ( 3 ) has a smooth, undivided surface.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the axis of the nozzles ( 21 ) substantially perpendicular to the respective opposite surface of the inside of the piston crown ( 3 ) runs.

Piston according to claim 6, characterized in that the axis of the nozzles ( 21 ) at an angle of 90 degrees +/- 10 degrees to the opposite surface of the inside of the piston crown ( 3 ) runs.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the nozzles ( 21 ) from the respective opposite inner surface of the piston crown ( 3 ) are spaced 4 to 7 times their diameter.

Piston according to claim 8, characterized in that the distance of the nozzles ( 21 ) from the respective opposite inner surface of the piston crown ( 3 ) Is 20 to 30 mm.

Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the circumferential piston skirt ( 4 ) with preferably axially parallel cooling holes ( 13 ) is provided, which is formed by a coolant collecting space forming annular space ( 22 ) outgoing, obliquely upward connecting bores ( 14 ) can be acted upon with coolant.

Piston according to claim 10, characterized in that each cooling bore ( 13 ) at least one connecting bore ( 14 ) assigned.

Piston according to claim 10 or 11, characterized in that the cooling bores ( 13 ) from an annular channel connecting them ( 15 ) going upwards with the return line ( 11 ) connected is.