DE1045172B

DE1045172B - Liquid-cooled piston for internal combustion engines

Info

Publication number: DE1045172B
Application number: DEK27445A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Johann Keylwert
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1955-11-26
Filing date: 1955-11-26
Publication date: 1958-11-27

Description

Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Kolben für Brennkraftmaschinen, der auf den Umfang verteilte, nach dem Kurbelraum offene Kühlräume unter dem Kolbenboden im Bereich der Kolbenringe aufweist, in die Schmieröl eingeleitet wird und die mit Mitteln versehen sind, welche in den Kühlräumen eine bestimmte Höhe des Ölspiegels begrenzen.Liquid-cooled piston for internal combustion engines The invention relates to a liquid-cooled piston for internal combustion engines, which is based on the Circumferentially distributed cooling spaces under the piston crown in the Has area of the piston rings, is introduced into the lubricating oil and with Means are provided which a certain height of the oil level in the cooling rooms limit.

Arbeitskolben der vorstehend beschriebenen Art sind an sich bekannt. Bei ihnen wird durch die Anordnung und Ausbildung der Hohlräume eine Schwächung des Kolbens hervorgerufen, weil die Wandstärken des Kolbens klein werden müssen, wenn man eine wirksame Kühlung erreichen will. Es ist die Aufgabe der neuen Erfindung, eine solche Schwächung zu vermeiden, wobei jedoch gleichzeitig auch eine bessere Kühlung erreicht werden soll. Durch die besondere Form und Anordnung der Hohlräume soll auch eine bessere Verteilung der abzuführenden Wärmemenge auf die unteren Kolbenringe erreicht werden.Working pistons of the type described above are known per se. They are weakened by the arrangement and design of the cavities caused by the piston because the wall thickness of the piston must be small, if you want to achieve effective cooling. It is the task of the new invention to avoid such a weakening, but at the same time a better one Cooling should be achieved. Due to the special shape and arrangement of the cavities should also be a better distribution of the amount of heat to be dissipated on the lower piston rings can be achieved.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kühlräume zylindrische Bohrungen sind, die, im wesentlichen in Längsrichtung des Kolbens verlaufend, bis nahe an den Kolbenboden herangeführt sind und in die von der dem Kolbenboden abgewendeten Seite her Röhrchen kleineren Durchmessers hineinragen, welche das Kühlmittel zu- oder abführen und im Verein mit in die Kühlräume mündenden Ab- bzw. Zuführungsbohrungen stets eine bestimmte Kühlmittelmenge in den Kühlräumen zurückhalten.The object of the invention is achieved in that the cooling spaces are cylindrical bores which, running essentially in the longitudinal direction of the piston, are brought up to close to the piston crown and into the of the piston crown facing away from tubes of smaller diameter protrude, which the coolant feed or discharge and in conjunction with discharge or supply bores opening into the cold rooms always retain a certain amount of coolant in the cold storage rooms.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß eine sehr steife Ausbildung der Verbindung des Kolbenbodens mit dem Kolbenschaft geschaffen wird. Eine Verformung des Kolbens durch hohe Zünddrücke wird daher weitgehend vermieden. Die Unterteilung in viele Kühlräume gewährleistet eine gleichmäßigere Kühlung auf den ganzen Umfang des Arbeitskolbens, weil das Zusammenlaufen von nur heißem Kühlöl an einer Stelle vermieden wird. Außerdem wird die Schüttelbewegung des Öles durch die Unterteilung und die Form der Hohlräume ausschließlich in Längsrichtung des Kolbens erzwungen. Das jedem Hohlraum zugeführte frische Kühlöl wird gemäß der Erfindung aus dem gleichen Hohlraum wieder abgeführt.The invention achieves that a very stiff training the connection of the piston head with the piston skirt is created. A deformation of the piston due to high ignition pressures is therefore largely avoided. The subdivision in many cold rooms ensures more even cooling over the entire circumference of the working piston because only hot cooling oil converges in one place is avoided. In addition, the shaking movement of the oil is caused by the subdivision and the shape of the cavities is forced only in the longitudinal direction of the piston. The fresh cooling oil supplied to each cavity is made from the same according to the invention Cavity drained away again.

Es ist ein gekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen mit zwangsweiser Kühlölförderung bekanntgeworden, bei dem im Bereich der Kolbenringe auf den Umfang des Kolbens verteilte, in Längsrichtung des Kolbens verlaufende und bis nahe an den Kolbenboden heranreichende Bohrungen für die Kühlölführung vorgesehen sind. Bei diesem bekannten Kolben findet eine wirksame Abführung der Wärme nur dann statt, wenn das Kühlöl mit einer nennenswerten Geschwindigkeit durch die Bohrungen hindurchgefördert wird. Bei einer Unterbrechung der Ölförderung schleudern sich die Kühlräume leer, so daß eine Kühlung überhaupt nicht mehr stattfindet. Demgegenüber findet gemäß der Erfindung eine ausreichende Kühlung auch bei einer kurzzeitig unterbrochenen oder verminderten Förderung von Kühlöl statt, weil eine Entleerung der Kühlräume nicht eintreten kann, da die erfindungsgemäßen Röhrchen stets eine bestimmte Kühlmittelmenge in den Kühlräumen zurückhalten.It is a cooled piston for internal combustion engines with forced Cooling oil production became known, in which in the area of the piston rings on the circumference of the piston distributed, running in the longitudinal direction of the piston and close to the piston crown reaching holes for the cooling oil guide are provided. With this known piston, an effective dissipation of the heat only takes place when the cooling oil is pumped through the bores at a significant speed will. If the oil supply is interrupted, the cold rooms spin empty, so that cooling no longer takes place at all. In contrast, according to the invention provides sufficient cooling even with a briefly interrupted or reduced delivery of cooling oil instead, because the cooling rooms are emptied cannot occur, since the tubes according to the invention always have a certain amount of coolant hold back in the cold stores.

Außer dem vorbeschriebenen bekannten Kolben ist weiterhin noch ein gekühlter Kolben bekanntgeworden, bei dem eine Vielzahl auf den Umfang verteilte, in Längsrichtung des Kolbens verlaufende Kühlräume vorgesehen sind. Diese Kühlräume sind jedoch allseitig geschlossen. Sie sind nur zum Teil mit Kühlflüssigkeit gefüllt. Von diesem bekannten Kolben unterscheidet sich der erfindungsgemäße Kolben in vorteilhafter Weise dadurch, daß es bei ihm möglich ist, durch eine Förderung von Kühlöl den Inhalt der Kühlräume zu erneuern.In addition to the known piston described above, there is still another one cooled piston became known, in which a large number distributed over the circumference, cooling chambers running in the longitudinal direction of the piston are provided. These cold rooms however, are closed on all sides. They are only partially filled with coolant. The piston according to the invention differs from this known piston in more advantageous ways Way by the fact that it is possible with him by a promotion of cooling oil the content to renew the cold rooms.

In der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise dargestellt.In the drawing, an embodiment of the invention is for example shown.

Abb.1 zeigt den Arbeitskolben einer Brennkraftmaschine in senkrechtem Längsschnitt, Der Schnitt ist ein Winkelschnitt, der abgewickelt in Erscheinung tritt; Abb. 2 zeigt einen Schnitt nach der Linie II-II in Abb. 1. In Abb. 2 ist der Kolben vom Zylinder umgeben gezeichnet, so daß die Partie der Spül- und Auspuffkanäle für eine schlitzgesteuerte Zweitaktbrennkraftmaschine im Schnitt zu erkennen sind; Abb. 3 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen anderenArbeitskolben einerBrennkraftmaschine; Abb. 4 zeigt einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Abb. 3 ; Abb. 5 zeigt einen senkrechten Längsschnitt durch einen weiteren Arbeitskolben einer Brennkraftmaschine; Abb. 6 zeigt einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Abb. 5.Fig.1 shows the working piston of an internal combustion engine in the vertical Longitudinal cut, The cut is an angled cut that is unwound in appearance occurs; Fig. 2 shows a section along the line II-II in Fig. 1. In Fig. 2 is the piston is drawn surrounded by the cylinder, so that the part of the scavenging and exhaust ducts for a slot-controlled two-stroke internal combustion engine can be seen in section; Fig. 3 shows a vertical longitudinal section through another working piston of an internal combustion engine; Fig. 4 shows a section along the line IV-IV in Fig. 3; Fig. 5 shows a vertical Longitudinal section through a further working piston of an internal combustion engine; Fig. 6 shows a section along the line VI-VI in Fig. 5.

Der in den Abb. 1 und 2 dargestellte Arbeitskolben für Brennkraftmaschinen hat einen Kolbenboden 1, der mit dem Kolbenschaft 2 zusammengegossen ist. Im Kolbenschaft 2 befinden sich die Augen 3 zur Lagerung des Kolbenbolzens 4, an dem die Pleuelstange 5 angreift. Der Kolbenbolzen 4 ist durch Springringe 6 gegen Längsverschiebung gesichert. In der Nähe des Kolbenbodens sind in der Außenseite des Schaftes 4 Ringnuten eingedreht, die zur Aufnahme der Kolbenringe 7 dienen.The working piston for internal combustion engines shown in FIGS. 1 and 2 has a piston head 1 which is cast together with the piston skirt 2. In the piston skirt 2 are the eyes 3 for mounting the piston pin 4 on which the connecting rod 5 engages. The piston pin 4 is secured against longitudinal displacement by spring rings 6. In the vicinity of the piston crown 4 ring grooves are screwed into the outside of the shaft, which are used to accommodate the piston rings 7.

Der in den Abb. 1 und 2 dargestellte Arbeitskolben wird durch Schmieröl gekühlt. Zu diesem Zweck ist im Inneren des Kolbens unter dem Kolbenboden 1 ein mit dem Kolbenschaft verbundener Ringwulst 8 angeordnet, in dem auf dem Umfang des Kolbens verteilte, nach dem Kurbelraum zu offene Hohlräume 9 vorgesehen sind. Die Hohlräume 9 erstrecken sich in Längsrichtung des Kolbens. Sie sind, wie insbesondere die Abb. 1 erkennen läßt, etwa auf einen der kleinsten am Kolbenschaft vorhandene Wandstärke entsprechenden Abstand bis an die Kolbenringe 7 und an den Kolbenboden 1 herangeführt. Die Hohlräume 9 sind einfache zylindrische Bohrungen. Sie können unmittelbar eingegossen, aber auch nachträglich eingebohrt werden.The working piston shown in Figs. 1 and 2 is cooled by lubricating oil. For this purpose, an annular bead 8 connected to the piston skirt is arranged in the interior of the piston under the piston head 1 , in which cavities 9 are provided which are distributed over the circumference of the piston and open towards the crankcase. The cavities 9 extend in the longitudinal direction of the piston. As can be seen in particular from FIG. 1, they are brought up to a distance corresponding to the smallest wall thickness present on the piston skirt to the piston rings 7 and to the piston crown 1 . The cavities 9 are simple cylindrical bores. They can be cast in immediately, but they can also be drilled in later.

In den Hohlräumen 9 sind Mittel vorgesehen, die den Zweck haben, in den Hohlräumen eine ein bestimmtes Maß nicht überschreitende Höhe des Ölspiegels zu begrenzen. Diese Mittel sind in die Hohlräume von unten her eingesetzte Röhrchen 10, die einen kleineren Durchmesser haben als die Hohlräume und die bis zu einer einen genügenden Ölvorrat sichernden Höhe in die Hohlräume 9 hineingeführt sind. Die Röhrchen 10 sind in Stopfen 11 befestigt,. die mit den Röhrchen zusammen von unten her in die Bohrungen 9 eingepreßt werden. Dort, wo sich die Augen 3 zur Lagerung des Kolbenbolzens 4 im Innern des- Kolbenschaftes 2 befinden, sind die Bohrungen 9 mit ihrem dem Kurbelgehäuse zugewandten Ende etwas nach der Längsmittelachse des Kolbens zu geneigt.Means are provided in the cavities 9 which have the purpose of limiting a height of the oil level in the cavities which does not exceed a certain level. These means are small tubes 10 inserted into the cavities from below, which have a smaller diameter than the cavities and which are guided into the cavities 9 up to a height that ensures a sufficient oil supply. The tubes 10 are fastened in stoppers 11. which are pressed together with the tubes from below into the bores 9. Where the eyes 3 for mounting the piston pin 4 are located inside the piston skirt 2 , the bores 9 are inclined with their end facing the crankcase towards the longitudinal center axis of the piston.

Bei dem Kolben nach den Abb. 1 und 2 ist zur Zuführung des Kühlöls in die Hohlräume 9 eine am unteren Ende des Kolbenschaftes 2 im Innern des Kolberas nach dein Kolbenboden 1 zu offene Fangrinne 12 vorgesehen. In dieser Fangrinne sammelt sich das vom Kurbelgehäuse in das Innere des Kolbens hineingeschleuderte Öl. Von der Fangrinne 12 aus wird das Öl durch die bei der Bewegung des Kolbens eintretende Beschleunigung und Verzögerung an der Innenwand des Schaftes 2 vorbei zu den Röhrchen 10 geführt und tritt durch diese Röhrchen in die_Hohlräume 9 ein. In den Hohlräumen 9 hält sich das Kühlöl in einer der Höhe der Röhrchen 10 entsprechenden Menge. Das, was darüber hinaus in die Hohlräume 10 eingeführt wird, wird durch die Röhrchen 10 auch wieder aus den Hohlräumen hinausgeschleudert. Auf diese Weise erneuert sich in jedem der Hohlräume das kühlende Öl fortlaufend. Zur Verbesserung der Ölabführung ist es jedoch zweckmäßig, wenn von den Hohlräumen 9 aus radial nach dem Inneren des Kolbens zu gerichtete Bohrungen 13 vorgesehen sind. Die Bohrungen 13 gewährleisten einen ungehinderten. Zutritt des kühlenden Öles durch die Röhrchen 10 in die Hohlräume 9, aus denen es durch die radialen Bohrungen 13 wieder austritt.In the piston according to FIGS. 1 and 2, a gutter 12 open to the piston head 1 is provided at the lower end of the piston skirt 2 in the interior of the piston for feeding the cooling oil into the cavities 9. The oil thrown from the crankcase into the interior of the piston collects in this gutter. From the gutter 12 , the oil is guided past the inner wall of the shaft 2 to the tubes 10 by the acceleration and deceleration occurring during the movement of the piston and enters the hollow spaces 9 through these tubes. The cooling oil is retained in the cavities 9 in an amount corresponding to the height of the tubes 10. What is also introduced into the cavities 10 is thrown out of the cavities again by the tubes 10. In this way, the cooling oil is continuously renewed in each of the cavities. In order to improve the oil drainage, however, it is expedient if bores 13 directed radially towards the interior of the piston are provided from the cavities 9. The holes 13 ensure an unimpeded. Admission of the cooling oil through the tubes 10 into the cavities 9, from which it emerges again through the radial bores 13.

Die in den Abb. 3 bis 6 dargestellten Arbeitskolben unterscheiden sich in bezug auf die Art der Wirkung des Kühlöles in den Hohlräumen nicht. Die in den Abb. 3 bis 6 dargestellten Kolben sind dagegen solche, bei denen zur Lagerung des Kolbenbolzens ein Bolzenstuhl vorgesehen ist. Der Bolzenstuhl wird gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung dazu ausgenutzt, daß er in seinem Inneren für die Ölzu- und -abfuhr bestimmte Bohrungen hat, die mit Bohrungen im Kolbenbolzen und in der Pleuelstange in Verbindung stehen.The working pistons shown in Figs. 3 to 6 differ does not differ with regard to the type of effect of the cooling oil in the cavities. the Pistons shown in Figs. 3 to 6, however, are those in which for storage a bolt seat is provided for the piston pin. The bolt chair is according to a Another idea of the invention exploited that he is inside for the Oil supply and discharge has certain bores, which with bores in the piston pin and are in communication in the connecting rod.

Bei dem Arbeitskolben nach den Abb. 3 und 4 ist der Kolbenboden mit 14 bezeichnet. 15 ist der mit dem Kolbenboden zusammengegossene Kolbenschaft, in den die Kolbenringe 16 eingesetzt sind. Der im Inneren des . Kolbens angeordnete Ringwulst ist mit 17 bezeichnet. In ihm befinden sich die Hohlräume 18. Der Kolbenbolzen 19 ist ein solcher, der mit der Pleuelstange 20 fest verschraubt ist. Er ist in einem besonderen Bolzenstuhl21 gelagert, der in das Innere des Kolbens eingesetzt ist. Ein Federring 22 dient dabei zur Sicherung der gegenseitigen Lage von Kolben 14, 15 und Bolzenstuhl 21. Der Bolzenstuhl 21 ersetzt die Stopfen 11 und die Röhrchen, er kann aber auch Röhrchen 23 tragen, die von unten her in 'der erfindungsgemäßen Weise in die Hohlräume 18 hineinragen. Die Röhrchen 23 schließen an Längsbohrungen 24 im Bolzenstuhl 21 an, die nach dem Kurbelgehäuse zu offen sind. Die Röhrchen 23 und die Bohrungen 24 dienen zur Abführung des in die Hohlräume 18 eingeführten Kühlöles. Die Zuführung des Kühlöles erfolgt durch eine Bohrung 25 der Pleuelstange, durch eine Bohrung 26 des Kolbenbolzens und durch eine Nut 27 mit einer anschließenden Bohrung 28 des Bolzenstuhls. Die Bohrung 28 führt zu einer durch den Bolzenstuhl und den Kolbenschaft gebildeten Ringnut 29, die als Verteiler für das Schmieröl in die Hohlräume 18 dient.In the working piston according to FIGS. 3 and 4, the piston head is denoted by 14. 15 is the piston skirt which is cast together with the piston crown and into which the piston rings 16 are inserted. The one inside the. An annular bead arranged on the piston is denoted by 17. The cavities 18 are located in it. The piston pin 19 is one that is firmly screwed to the connecting rod 20. It is stored in a special bolt chair21 which is inserted into the interior of the piston. A spring ring 22 serves to secure the mutual position of the piston 14, 15 and bolt frame 21. The bolt frame 21 replaces the stopper 11 and the tubes, but it can also carry tubes 23 that are inserted from below in the inventive manner into the cavities 18 protrude. The tubes 23 connect to longitudinal bores 24 in the bolt frame 21 , which are open to the crankcase. The tubes 23 and the bores 24 serve to discharge the cooling oil introduced into the cavities 18. The cooling oil is supplied through a bore 25 in the connecting rod, through a bore 26 in the piston pin and through a groove 27 with an adjoining bore 28 in the pin housing. The bore 28 leads to an annular groove 29 formed by the bolt seat and the piston shaft, which serves as a distributor for the lubricating oil into the cavities 18.

Der Arbeitskolben nach den Abb. 5 und 6 unterscheidet sich v_ an dem nach den Abb. 3 und 4 dadurch, daß die in die Hohlräume 30 eingeführten Röhrchen 31 mit einem Ringraum 32 zur Zuführung des Schmieröles in Verbindung stehen. Dem Ringraum 32 wird das Kühlöl durch eine Bohrung 33 der Pleuelstange und Bohrungen 34 und 35 des Kolbenbolzens zugeleitet. Bei dem Arbeitskolben gemäß den Abb. 5 und 6 sind von den Hohlräumen 30 aus radial gerichtete Bohrungen 36 nach dem Inneren des Kolbens geführt. Sie dienen wie die radial gerichteten Bohrungen 13 bei dem Arbeitskolben nach den Abb. 1 und 2 zur Abführung des Schmieröles. Sie führen jedoch in einen durch den Kolbenboden 37, durch den Ringwulst 38 und durch einen Aufsatz 39 des Bolzenstuhls 40 gebildeten Hohlraum 41, der über eine Bohrung 42 Verbindung mit dem Kurbelraum der Maschine hat.The working piston according to FIGS. 5 and 6 differs from that according to FIGS. 3 and 4 in that the small tubes 31 inserted into the cavities 30 are connected to an annular space 32 for supplying the lubricating oil. The cooling oil is fed to the annular space 32 through a bore 33 in the connecting rod and bores 34 and 35 in the piston pin. In the working piston according to FIGS. 5 and 6, radially directed bores 36 are guided from the cavities 30 to the interior of the piston. Like the radially directed bores 13 in the working piston according to FIGS. 1 and 2, they serve to discharge the lubricating oil. However, they lead into a cavity 41 formed by the piston head 37, by the annular bead 38 and by an attachment 39 of the bolt chair 40 , which is connected to the crank chamber of the machine via a bore 42.

Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist es bei einer schlitzgesteuerten Zweitaktbrennkraftmaschine mit einseitiger Umkehrspülung vorteilhaft, wenn die Hohlräume auf der Auspuffseite einen engeren Abstand voneinander haben. Es erfolgt dadurch auf der heißen Auspuffseite eine intensivere Kühlung des Kolbens. In der Abb. 2 sind die Auspuffkanäle des Zylinders 43 mit 44 bezeichnet. Dort, wo die Auspuffkanäle 44 liegen, stehen die Hohlräume 9. näher beieinander: 45 sind die Spülkanäle.According to a further concept of the invention, in a slot-controlled two-stroke internal combustion engine with one-sided reverse scavenging, it is advantageous if the cavities on the exhaust side are more closely spaced from one another. This results in more intensive cooling of the piston on the hot exhaust side. In Fig. 2, the exhaust ducts of the cylinder 43 are denoted by 44. The cavities 9 are located where the exhaust ducts 44 lie. closer together: 45 are the flushing channels.

Der gleiche Effekt wird erreicht, wenn die Zuführung des Kühlöles zu den Hohlräumen auf der Auspuffseite liegt und die Abführung auf der gegenüberliegenden Seite.The same effect is achieved when the cooling oil is supplied to the cavities on the exhaust side lies and the discharge on the opposite side.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Liquid-cooled piston for internal combustion engines, the cooling spaces distributed over the circumference, open to the crankcase, under the piston crown has in the area of the piston rings, is introduced into the lubricating oil and with Means are provided which a certain height of the oil level in the cooling rooms limit, characterized in that the cooling spaces are cylindrical bores., which, running essentially in the longitudinal direction of the piston, up to close to the piston crown are brought up and into the tube facing away from the piston head protrude smaller diameter, which supply or remove the coolant and in combination with drainage and supply bores opening into the cold rooms, there is always one Retain a certain amount of coolant in the cold store.

2. Working piston after Claim 1, characterized gekennzeidhnet that for feeding the cooling oil into the cooling rooms one at the end of the piston skirt on the crankcase side in the interior of the piston after Piston head to open gutter (12) is provided.

3. Working piston according to claim 1, characterized in that the supply of the cooling oil to the cooling rooms through an annular space (29) connected to a lubricating oil supply takes place and that the Drainage of the cooling oil through the tubes (23) and bores connected to them (24) takes place.

4. Working piston according to claim 3, in which a bearing of the piston pin containing bolt frame is built into the piston body, characterized in that that a machined annular surface directed towards the crankcase of the machine an annular bead containing the cooling chambers serves as a system for the bolt chair and that in the plane of this annular surface the annular space (29) for the supply of the cooling oil is arranged.

5. Working piston according to claims 1, 3 and 4 for slot-controlled Two-stroke internal combustion engines with one-sided reverse scavenging, characterized in that that the cooling oil supply to the annular space (29, 32) is on the exhaust side.

6th Working piston according to Claims 1 to 5, characterized in that the cooling spaces closer to each other on the exhaust side. Considered Publications: German patents No. 525 241, 686 359, 726 685, 804 048, 873 185.