DE10251943B3 - Piston for reciprocating piston IC engine for automobile having internal cooling space supplied with oil via spray jets - Google Patents

Piston for reciprocating piston IC engine for automobile having internal cooling space supplied with oil via spray jets Download PDF

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Abstract

The piston (10) has an upper part provided around its periphery with piston ring channels (19) and an annular internal cooling space (20), supplied with oil via spray jets, which is fitted with an apertured plate (21) on the side facing the piston shaft (12), with feedback of oil to a cooled and/or lubricated point of the drive via one or more of the apertures acting as a feedback channel (22,23), directed towards a catchment device (30,31) at the end of a lubrication bore (25,29).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für Hubkolbenbrennkraftmaschinen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a piston for reciprocating internal combustion engines according to the preamble of claim 1.

Aus der DE 39 22 473 C2 ist ein gekühlter zweiteiliger Kolben bekannt, dessen Kolbenoberteil aus Stahl mit einem Kolbenschaft aus einer Aluminiumlegierung über einen Kolbenbolzen gelenkig verbunden ist. Im Kolbenoberteil befindet sich im Bereich von Kolbenringnuten eine zum Kolbenschaft hin offene Ausnehmung, die zusammen mit einem ringförmigen Trog am oberen Teil des Kolbenschafts einen halb offenen Kühlraum bildet, in den Kühlöl gespritzt wird. Um zu verhindern, dass zu viel Kühlöl über den Spalt zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenschaft an die Außenseite des Kolbens gelangt, was zu einer Überlastung des Ölabstreifrings und zu erhöhten Schadstoffemissionen führen kann, ist der Spalt durch eine Labyrinthdichtung abgedichtet.From the DE 39 22 473 C2 a cooled two-piece piston is known, the piston upper part made of steel is pivotally connected to a piston shaft made of an aluminum alloy via a piston pin. In the upper part of the piston, in the region of piston ring grooves, there is a recess which is open toward the piston shaft and together with an annular trough forms a half-open cooling space at the upper part of the piston shaft, into which cooling oil is injected. In order to prevent too much cooling oil from reaching the outside of the piston via the gap between the piston upper part and the piston shaft, which can lead to overloading of the oil control ring and to increased pollutant emissions, the gap is sealed by a labyrinth seal.

Aus der DE 40 39 75 A1 ist ein gattungsgemäßer Kolben be-ikannt, dessen ringförmiger Kühlraum im Oberteil zum Unterteil hin durch einen Blechring abgedeckt ist. Dieser besitzt zurn Zuführen des Kühlöls in den Kühlraum einen Stutzen. Zum Abführen des Kühlöls kann ebenfalls ein weiterer Stutzen dienen oder es können mehrere an einem Kragenteil angeformte Sicken vorgesehen sein, die vorzugsweise im Bereich außerhalb und angrenzend an eine Nabe angeordnet sind, sodass der Abfluss gleichzeitig zur Pleuelschmierung benutzt werden kann.From the DE 40 39 75 A1 is a generic piston be-ikannt whose annular cooling space is covered in the upper part to the lower part by a metal ring. This has to supply the cooling oil in the refrigerator a nozzle. For discharging the cooling oil can also serve another nozzle or it can be provided more molded on a collar part beads, which are preferably arranged in the area outside and adjacent to a hub, so that the drain can be used simultaneously for connecting rod lubrication.

Ferner ist aus der DE 41 35 237 A1 eine Kolben-Pleuel-Anordnung mit einem einteiligen Kolben bekannt, der im Bereich der Kolbenringe einen ringförmigen Kühlraum aufweist. Dieser ist über Bohrungen mit einem zentralen Planschraum verbunden, der zu einer Pleuelstange hin durch ein Blechteil abgedeckt ist. Das Kühlöl wird über eine zentrale Bohrung in der Pleuelstange, über das Pleuellager und einen am Blechteil angeformten Rohrstutzen in den Planschraum gefördert und gelangt infolge der Hin- und Herbewegung des Kolbens durch die Bohrungen in den ringförmigen Kühlraum. Die Förderung des Schmieröls wird durch Massenträgheitskräfte bewirkt, die bei der Bewegung der Pleuelstange auftreten. Um ein Zurückfließen des Öls in der zentralen Bohrung der Pleuelstange weitgehend zu verhindern, ist in derselben vor dem Pleuellager eine in Förderrichtung wirksame Düse eingesetzt.Furthermore, from the DE 41 35 237 A1 a piston-connecting rod assembly with a one-piece piston is known, which has an annular cooling space in the region of the piston rings. This is connected via holes with a central planing space, which is covered to a connecting rod through a sheet metal part. The cooling oil is conveyed through a central bore in the connecting rod, via the connecting rod bearing and an integrally formed on the sheet metal part pipe socket in the planing space and passes as a result of the reciprocation of the piston through the holes in the annular cooling space. The promotion of the lubricating oil is caused by inertia forces that occur during the movement of the connecting rod. In order to largely prevent backflow of the oil in the central bore of the connecting rod, an effective in the conveying direction nozzle is inserted in the same before the connecting rod bearing.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Schmierung und Kühlung eines gattungsgemäßen Kolbens und eines Pleuellagers zu verbessern, indem das aus dem Kühlraum zurückströmende Kühlöl gezielt an die Bedarfsstellen herangeführt wird. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The invention is the task Basically, the lubrication and cooling a generic piston and to improve a connecting rod bearing, by targeted from the cooling space flowing back cooling oil is brought to the needs. It is according to the invention solved by the features of claim 1. Further advantageous embodiments emerge from the dependent claims.

Nach der Erfindung sind in dem Kolbenoberteil, in dem Kolbenschaft und/oder in der Pleuelstange Schmierölbohrungen vorgesehen, die mit einem Ende einem Rücklaufkanal zugewandt sind und an diesem Ende eine Auffangvorrichtung besitzen, auf die der Rücklaufkanal ausgerichtet ist. Dadurch wird das Kühlöl gezielt an die Lagerstellen und zu kühlenden Stellen der Antriebsteile geleitet und möglichst viel von dem aus dem Kühlraum austretenden Kühlöl aufgefangen und genutzt. Somit wird eine sichere Kühlung und Schmierung gewährleistet.According to the invention, in the piston upper part, in the piston skirt and / or in the connecting rod lubricating oil holes provided, which face with one end to a return channel and at this end have a collecting device to which the Return channel is aligned. As a result, the cooling oil is targeted to the bearings and to be cooled Passed the drive parts and as much as possible from the refrigerator collected cooling oil collected and used. This ensures safe cooling and lubrication.

Die Durchbrüche im Shakerblech dienen zur Regulierung und Leitung des Kühlölstroms durch den Kühlraum. Die Rücklaufkanäle, die zweckmäßigerweise als Düsen ausgestaltet sind, lei ten das zurückströmende Öl sicher über den kritischen Spalt zwischen dem Kolbenoberteil und dem Kolbenschaft, so dass nicht zu befürchten ist, dass zu viel Öl durch den Spalt auf die Außenseite des Kolbens gelangt.The breakthroughs in the shaker plate serve to regulate and management of cooling oil flow through the fridge. The return channels, the expediently as nozzles are designed, the oil flowing back safely across the critical gap between the piston upper part and the piston skirt so that there is no fear that too much oil through the gap on the outside of the piston passes.

Die Rücklaufkanäle und Düsen können günstig durch Prägen, Tiefziehen oder Stanzen des Shakerblechs gefertigt werden. In vorteilhafter Weise wird vor dem Rücklaufkanal zum Kühlraum hin eine Vertiefung vorgesehen, in der sich ein gewisser Vorrat an Kühlöl sammeln kann.The return channels and nozzles can be cheap by embossing, deep drawing or punching the shaker plate are made. In an advantageous manner Way, before the return channel to the refrigerator towards a depression provided in a certain supply to collect cooling oil can.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further advantages arise the following description of the drawing. In the drawing is an embodiment represented the invention. The drawing, the description and the Claims included numerous features in combination. The skilled person will become the characteristics appropriately also individually consider and summarize to meaningful further combinations.

Dabei zeigen:Showing:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Ko1-ben, 1 a longitudinal section through a Ko1 ben according to the invention,

2 eine schematische Darstellung einer Variante einer Düsenanordnung, 2 a schematic representation of a variant of a nozzle arrangement,

3 eine Variante zu 2 und 3 a variant too 2 and

4 eine Variante zu 1 in einem Teillängsschnitt. 4 a variant too 1 in a partial longitudinal section.

Ein Kolben 10 besitzt ein Kolbenoberteil 11 und einen Kolbenschaft 12, die gelenkig über einen Kolbenbolzen 13 miteinander und mit einer Pleuelstange 14 verbunden sind. Hierzu sind in einem Pleuelstangenauge 15 der Pleuelstange 14 eine Lagerschale 16 und in das Kolbenoberteil 11 eine Lagerschale 17 eingesetzt. Der Kolbenschaft 12 ist mittels eines Sicherungsrings 18 axial auf dem Kolbenbolzen 13 fixiert.A piston 10 has a piston upper part 11 and a piston stem 12 , which articulates via a piston pin 13 with each other and with a connecting rod 14 are connected. These are in a connecting rod eye 15 the connecting rod 14 a bearing shell 16 and in the piston top 11 a bearing shell 17 used. The piston shaft 12 is by means of a locking ring 18 axially on the piston pin 13 fixed.

Das Kolbenoberteil 11 besitzt an seinem äußeren Umfang Kolbenringnuten 19 zur Aufnahme nicht näher dargestellter Kolbenringe. Es wird in der Regel aus Stahl hergestellt, um den hohen Drücken und Temperaturen im Brennraum der Brennkraftmaschine besser standzuhalten. Der Kolbenschaft 12, der insbesondere zur Führung des Kolbens 10 dient und die aus dem Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine resultierenden Querkräfte aufnimmt, wird in der Regel aus einer Leichtmetalllegierung hergestellt.The piston upper part 11 owns at his eu ßeren scope piston ring grooves 19 for receiving unspecified piston rings. It is usually made of steel to withstand the high pressures and temperatures in the combustion chamber of the internal combustion engine better. The piston shaft 12 in particular for guiding the piston 10 serves and absorbs the transverse forces resulting from the crank mechanism of the internal combustion engine, is usually made of a light metal alloy.

Im Kolbenoberteil 11 befindet sich im Bereich der Kolbenringnuten 19 ein ringförmiger Kühlraum 20, dessen Öffnung zum Kolbenschaft 12 hin durch ein Shakerblech 21 abgedeckt ist. Dieses weist mehrere Durchbrüche auf, über die Kühlöl in den Kühlraum gespritzt wird bzw. aus dem Kühlraum 20 zurückläuft. Die Durchbrüche für den Kühlölrücklauf sind als Rücklaufkanäle 22, 23, 24 ausgebildet, z.B. in Düsenform 22, 23 oder einer Ausprägung 27 (4). Vor den Rücklaufkanälen 22, 23, 24 können im Shakerblech 21 Vertiefungen 26 vorgesehen werden, in denen sich ein Vorrat an Kühlöl sammeln kann, um die Wirkung der Rücklaufkanäle 22, 23, 24 zu verbessern. Die Rücklaufkanäle 22, 23, 24 können sich in ihrer Anordnung, Dimensionierung und Ausrichtung unterscheiden. Die Gestaltungsmöglichkeiten werden so gewählt, dass ein optimaler Kühl- und Schmiereffekt erzielt werden, ohne dass ungewollt Kühlöl durch den Spalt zwischen dem Kolbenoberteil 11 und dem Kolbenschaft 12 an die Außenseite des Kolbens 10 gelangt.In the piston upper part 11 is located in the area of the piston ring grooves 19 an annular cooling space 20 whose opening to the piston shaft 12 through a shaker tray 21 is covered. This has several openings, is sprayed through the cooling oil into the refrigerator or from the refrigerator 20 running back. The breakthroughs for the cooling oil return are as return channels 22 . 23 . 24 formed, for example in a nozzle shape 22 . 23 or one expression 27 ( 4 ). In front of the return channels 22 . 23 . 24 can in the Shaker sheet 21 wells 26 be provided, in which can accumulate a supply of cooling oil to the effect of the return channels 22 . 23 . 24 to improve. The return channels 22 . 23 . 24 may differ in their arrangement, dimensioning and orientation. The design options are chosen so that an optimal cooling and lubricating effect can be achieved without unintentionally cooling oil through the gap between the piston upper part 11 and the piston shaft 12 to the outside of the piston 10 arrives.

Um das Kühlöl an Stellen zu leiten, die nicht unmittelbar durch die Rücklaufkanäle 22, 23, 24 erreicht werden können, ist z.B. im Kolbenoberteil 11 eine Schmierölbohrung 28 vorgesehen, die an dem dem Rücklaufkanal 22 zugewandten Ende einen Auffangtrichter 30 aufweist und das Kühl-/Schmieröl zu einer Lagerfläche 33 zwischen dem Kolbenoberteil 11 und dem Pleuelstangenauge 15 und weiter über einen Auffangtrichter 32 und eine Schmierölbohrung 29 zur Lagerung des Kolbenbolzens 13 im Pleuelstangenauge 15 leitet. Die Lagerung des Kolbenschafts 12 auf dem Kolbenbolzen 13 wird über eine weitere Schmierölbohrung 25 mit Schmieröl. versorgt. Die Schmierölbohrung 25 mündet in eine Auffangtasche 31, die dem Rücklaufkanal 23 zugewandt ist.To direct the cooling oil in places that are not directly through the return channels 22 . 23 . 24 can be achieved, for example, in the piston upper part 11 a lubricating oil hole 28 provided at the the return channel 22 facing the end of a collecting funnel 30 and the cooling / lubricating oil to a storage area 33 between the piston upper part 11 and the connecting rod eye 15 and on via a catching funnel 32 and a lubricating oil hole 29 for the storage of the piston pin 13 in the connecting rod eye 15 passes. The bearing of the piston shaft 12 on the piston pin 13 is about another oil hole 25 with lubricating oil. provided. The oil drilling 25 flows into a collection bag 31 that are the return channel 23 is facing.

2 und 3 zeigen verschiedene Anordnungen von Rücklaufkanälen 22 mit unterschiedlichen Dimensionierungen und Ausrichtungen. 2 and 3 show various arrangements of return channels 22 with different dimensions and orientations.

Claims (4)

Kolben für Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einem Kolbenoberteil, in dem am Umfang Kolbenringnuten vorgesehen sind und das über einen Kolbenbolzen gelenkig mit einem Kolbenschaft und einer Pleuelstange verbunden ist, wobei das Kolbenoberteil im Bereich der Kolbenringnuten einen inneren, ringförmigen zum Kolbenschaft hin offenen Kühlraum aufweist, der mit Kühlöl gespeist wird und dessen Öffnung durch ein Shakerblech mit Durchbrüchen abgedeckt ist, von denen mindestens ein Durchbruch als Rücklaufkanal ausgebildet ist, der Kühlöl auf eine zu kühlende und/oder zu schmierende Stelle eines Antriebsteils leitet, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlraum (20) über Spritzdüsen gespeist wird und in dem Kolbenoberteil (11), in dem Kolbenschaft (12) und/oder in der Pleuelstange (14) Schmierölbohrungen (25, 28, 29) vorgesehen sind, die mit einem Ende einem Rücklaufkanal (22, 23, 24) zugewandt sind und an diesem Ende eine Auffangvorrichtung (30, 31, 32) besitzen, auf die der Rücklaufkanal (22, 23, 24) ausgerichtet ist.Piston for reciprocating internal combustion engines with a piston upper part in which piston ring grooves are provided on the circumference and which is connected via a piston pin pivotally connected to a piston shaft and a connecting rod, wherein the piston upper part in the region of Kolbenringnuten an inner annular piston shaft towards the open cooling chamber having, with cooling oil is fed and whose opening is covered by a shaker plate with openings, of which at least one opening is formed as a return channel, the cooling oil passes to a to be cooled and / or to be lubricated point of a drive part, characterized in that the cooling space ( 20 ) is fed via spray nozzles and in the piston upper part ( 11 ), in the piston skirt ( 12 ) and / or in the connecting rod ( 14 ) Oil holes ( 25 . 28 . 29 ) are provided, which with one end a return channel ( 22 . 23 . 24 ) and at this end a collecting device ( 30 . 31 . 32 ) to which the return channel ( 22 . 23 . 24 ) is aligned. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklaufkanal (22, 23, 24) als Düse ausgebildet ist.Piston according to claim 1, characterized in that the return channel ( 22 . 23 . 24 ) is designed as a nozzle. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rücklaufkanal (22, 23, 24) durch eine Ausprägung (27) des Shakerblechs (21) zum Kolbenschaft (12) hin gebildet ist, wobei die Ausprägung (27) als Leitblech für das Kühlöl dient.Piston according to claim 1, characterized in that the return channel ( 22 . 23 . 24 ) by an expression ( 27 ) of the shaker plate ( 21 ) to the piston shaft ( 12 ), the expression ( 27 ) serves as a baffle for the cooling oil. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Rücklaufkanäle (22, 23, 24) vorgesehen sind, die jeweils einem anderen Bauelement (11, 12, 14) zugeordnet sind und entsprechend unterschiedliche Durchmesser, Winkel und/oder Abstände zueinander aufweisen.Piston according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of return channels ( 22 . 23 . 24 ) are provided, each of a different component ( 11 . 12 . 14 ) are assigned and correspondingly different diameters, angles and / or distances from one another.
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