DE1055879B - OElgekuehlter Kolben fuer Dieselmotoren in Fahrzeugen - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Für Großdieselmo'toren sind seit vielen Jahren ölgekühlte Kolben mit bestem Erfolg in Benutzung. Die Kühleinrichtung ist so ausgebildet, daß durch einen Hohlraum zwischen einem Innenteil der Ringpartie und dem Kolbenboden öl oder Wasser als Kühlmittel durchgepumpt werden können,. Es sind aber auch schon bei einteiligen Kolben Rohrschlangen zur Führung des Kühlmittels in den Kolben eingegossen worden. Das Eingießen derartiger aus mehreren Windungen bestehender Kühlsysteme erfordert verhältnismäßig große Aufmerksamkeit und bedingt eine besondere Bauweise des Kolbens sowie das Vorsehen eines vielfach unerwünscht großen Raumes für die Unterbringung der Schlangen. Solche Durchlauf- oder . Umlaufkühlungen müssen stets und· vollständig mit dem Kühlmittel gefüllt sein,, welches das gesamte System mit einer bestimmten Geschwindigkeit durchströmt. Es steht daher die Kühlflüssigkeit unter einem Druck, der mittels einer Pumpe erzeugt wird, deren Unterbringung das Vorhandensein eines hierfür erforderlichen Raumes und deren Beschaffung einen zusätzlichen Kostenaufwand bedingt. Die gesamte Kolbenkühlung wird somit unerwünscht vielgliedrig und macht damit auch eine erhöhte Wartung des Motors notwendig. In. der Regel bilden die Zu- und Ablaufleitungen nach und von den Kühlschlangen den Anfang und das Ende eines entsprechend gebogenen Ro'hres, dessen Wandstärke somk gleich der des ganzen Kühlsystems ist.

Bei Kolben für mittelgroße Dieselmotoren ist die Zulaufleitung durch einen Kanal· in der Kolbenstange gebildet, während der Ablauf des Kühlmittels nach dem Kolbenraum über eine oder mehrere Bohrungen erfolgt. Zur Ausrüstung sind hierbei elastische Dichtungen im Kühlmittel raum erforderlich, da das Kühlmittel unter Druck steht.

Hinsichtlich der Kühlung von Kolben kleinerer Brennkraftmaschinen mit Zylindern, deren Durchmesser zwischen 80 und 150 mm liegen, zeigen sich nun aber bekanntlich insofern Schwierigkeiten, als· es bisher noch nicht gelungen ist, solche Kolbeneinwandfrei zu kühlen. Es ist zwar schon versucht worden, die heißen Teile im Kolbeninneren durch Kühlmittel· anzuspritzen, die über Zuführungen durch die Pleuelstange geleitet wurden. Es gelang jedoch nicht, gerade die Teile, die am. stärksten gekühlt werden mußten, durch das frei in den Raum hineingespritzte Kühlöl zu erfassen.

Bekanntlich dürfen erfahrungsgemäß bei hochbeanspruchten Motoren die Temperaturen, in der oberen Ringnut 180 bis 200° C nicht überschreiten, da sonst, gleichgültig nach welchem: System der Motor arbeitet, die handelsüblichen Schmieröle verdampfen und sich in den Ringnuten Rückstände festsetzen

ölgekühlter Kolben für Dieselmotoren
in. Fahrzeugen

Anmelder:

Karl Schmidt G.m.b.H.,
Neckarsulm (Württ), Fab.rik.str. 10

Wilhelm Krämer, Ernst Hansen, Neckarsulm (Württ.),

und Gerhard Schieber, Bad Wimpfen (Bad.),

sind als Erfinder genannt worden

können, die ein einwandfreies Arbeiten der Kolbenringe unterbinden. Es ist ferner zu berücksichtigen, daß die Viskosität des- Öles bei 200° C so niedrig ist, daß sich ein tragfähiger Schmierfilm nicht mehr zu bilden vermag. Hieraus ergibt sich die Forderung, bei hochbeanspruchten Tauchkolben die Kühlung hinter den oberen Verdichtungsringen am intensivsten durchzuführen. Bei den relativ kleinen Kolbenabmessungeni ist es nun aber nicht möglich, eine Kühlung zu verwenden, wie sie bei Großmotoren bisher allgemein üblich war, sofern nicht ein vielgliedriger Aufbau mit in Kauf genommen werden soll.

Die Erfindung schlägt daher vor, eine wesentliche Vereinfachung in der Ausbildung des Kühlsystems für derartige Kolben von Brennkraftmaschinen anzuwenden, die durch die Benutzung der sogenannten Plansch- oder Pendelkühlung erreicht werden kann.

Der Kühlmittelraum, ist nur zum Teil mit der Kühlflüssigkeit gefüllt, und die letztere bespült im Takt der Kolbenbewegung die Innenwände der Ringpartie und des Kolbenbodens und entzieht ihnen dabei Wärme. Eine solche Kühlung erfüllt auch die vorerwähnten Bedingungen bezüglich der Vermeidung von Rückständen durch das Verdampfen der Schmieröle.

Kolben mit einer Kühlmittelkammer im Bereich hinter den Ringnuten sind bisher nun aber nur zwei- oder mehrteilig und in der .Regel als Stuhlkolben ausgebildet worden. Dabei wird die Kühlmittel'kammer aus zwei Gußteilen, nämlich dem äußeren Mantelteil und dem inneren Stahlkolbenteil gebildet. Der letztere reicht bis zum Kolbenkopf und erstreckt sich, somit auch über den Raum hinter dem Nutenteil für die Dichtungsringe. Sofern nun aber kleinere Kolben mit einer derartigen Kühleinrichtung hergestellt werden sollen, bei denen bekanntlich der Kolbensturil sich gegen den Mantelteil im Bereich unterhalb der Ringso» 507/176

nutenpartie abstützt, und der Mantelteil somit den ganzen Knibciikopf bildet, zeigen· sich Schwierigkeiten lli'illl <ίί·Ί,|ι"ΙΙ 4MIl"'--. I ΊΙΙΗΓΓιι |||if.;c|l K iillllllil '!'rlPIIIIMM":

insofern,, als keine ausreichende (iewähr 'dafür besieht, die Sandkerne aus den Teilen des Gußstückes im Knibenkopf zu entfernen, die zur Hilduug der Kühllii.iiciic VDC^¹M¹Ik¹Ii sind.

Ks ist auch schon eine Au.M ühiiuig ^iiuelligei Tauchkolben mit einer l'endelkühlung bekannt geworden, Hinter der Ringpartie befindet sich im Kolbenkopf ein nach dem Kolbeninnern hin zum Teil offener Kühltrog, der über die Schubstange mit Kühlmittel gespeist wird. Während des Hin- und Hergehens des Kolbens erfährt das Kühlmittel eine entsprechende Bewegung. Dabei kommt jedoch nur ein vcrhältuismäßig geringer Teil des Öles mit der Innenwand des Kolbenkopfes in Berührung und entzieht dem Kolbenboden und der Ringpartie daher auch nur zum Teil die Wärme. Der weitaus größte Teil des Öles fließt aus dem Trog über und fließt aus dem Kolben ab. Daher ist die Kühlwirkung derartiger bekannter Tauchkolben mit solchen Kühleinrichtungen unbefriedigend.

Die Erfindung löst nun die Aufgabe, im Kolbenkopf eine Pendelkühlung vorzusehen und die 'bisher bestehenden Hemmnisse bei der Herstellung der hierzu erforderlichen Kühlkammer, die sich weitgehend dem oberen Teil der Ringpartie anpaßt und von, der aus das Kühlmittel zuerst zur Ringpartie und dann auf die heißen Stellen des Kolbens auftrifft, zu überwinden. Erreicht ist dies erfindungsgemäß dadurch, daß der zur Aufnahme des Kühlmittels dienende ringförmige Raum und auch die ölzuführungs- bzw. Ableitungskanal aus dünnwandigem Blech, hergestellt sind und einen vorgefertigten Teil darstellen, der in den Kolben eingegossen ist.

- Die .Abbildungen veranschaulichen Ausführungsbei'spiele des Erfindungsgedankens. Sie zeigen im Längsschnitt Kolben mit verchiedenartig ausgebildeten Kühlräumen im Kolbenkopf hinter der Ringpartie.
^;" In allen Abbildungen ist der Kühlölraum mit 1 bezeichnet. Er besteht aus einem zu· einem Ringkanal geformten dünnwandigen Blech 2, das beim Gießen des einteiligen Kolbens mi.t eingegossen worden ist.

Ein Tauchkolben 3 für einen Zweitaktdieselmotor, wie ihn die Abb. 1 veranschaulicht, weist einen relativ schmalen ringförmigen Kühlraum 1 hinter der Ringpartie 4 auf und berührt die Kolbenbodenoberfläche 5 nur in geringer Ausdehnung. Die Zünddrücke werden zum Teil über den äußeren Kolbenquerschnitt und zum größeren Teil durch die innere Wand 6 des Kühlraumes 1 auf die Kolbenbolzenaugen 7 weitergeleitet. Die ölzuführung erfolgt durch ein eingegossenes Stahlrohr 8, das in den ringförmigen· Kühlraum 1 so mündet, daß das Kühlöl zur heißesten Stelle gelangte Die axiale Länge des Kühlraumes kann je nach der thermischen Belastung so groß gewählt werden, daß die gesamte Ringpartie 4 oder auch nur ein. Teil derselben direkt gekühlt wird.

In der Abb. 2 ist ein Kolben dargestellt für einen Viertaktdieselmotor mit einem Hesselmann-Brennraum 9 im Kolbenboden 10. Derartige Kolben sind sehr oft nicht nur in der Ringpartie, sondern auch in dem Kolbenteil 11 oberhalb der Ringpartie thermisch sehr hoch belastet. Der ringförmige Kühlraum 1 ist infolgedessen so gestaltet, daß aus dem gesamten thermisch überlasteten Gebiet die Wärme gut abgeführt wird. Das Kühlöl soll auch bei dieser Ausführung durch ein oder mehrere Bohrungen oder Rohre zugeführt werden, und zwar derart, daß durch ein.

Strahlrohr 12, welches am Kurbelgehäuse 13 befestigt ist, ein dünner scharfer Olstrahl während des Kolben-IfIIlIY = ι! 11 I ι] I ι|ίι· 111.Ill llliy 117 W : illi:: UnIiC 14, Wi'lrlln'K im Kolben eiugegi)s,M.-n ist, bis in den· kiihgratim 1 gespritzt wird. Es köniK'ii bei derartigen Kolben ein oder mehrere Strahlrohre für die Ol/.tifühniug utul auch glt^;irh/.cil ig für die HIaIiTuIi nmg vorgps-clirii wvv < I <-' 11, die λ ο eiiige^ci.i.ieii .iiiiil, .lall ιΙ,ι.ί ι iuLlan lendi- <">l das Innere des Kolbens nicht benetzt. Selbst verständlieh ist es bei den beschriebenen Kolbeuausführungen nach Abb. 1 und 2 auch möglich, das überschüssige Kühlöl durch entsprechende Bohrungen di-rekt aus dem Ringraum 1 in das Innere des Kolbens aiisin-i/n zu lassen. Außerdem ist es mitunter vorteilhaft, gleichzeitig mit der Kühlölzuführung 14 auch eine intensiv wirkende Kolbenbolzenschmienmg in. den Kolbenbolzenaugen 15 zu verbinden. Es wird zu diesem Zweck vorteilhafterweise das zugeführte kalte öl verwendet. Hat das abfließende öl keine sehr hohen Temperaturen, dann kann auch dieses noch zur Schmierung des Bolzens mit herangezogen werden.

Der Kolben nach der Abb. 3 weist einen Kugelbrennraum 16 auf. Derartige Kolben haben nicht nur eine sehr hohe thermische Belastung in der Ringpartie, sondern auch im Kolbenboden 17 in der Nähe der OfT-nung des Kugelbrennraumes aufzunehmen. Infolgedessen kann der Kühlraum 1 zweckmäßigerweise so gestaltet werden, da.ß sowohl der Boden 17 als auch die Ringpartie des Kolbens durch Pendelöl gekühlt wird. Um die Kühlwirkung wesentlich zu verbessern und die Festigkeit des Kolbenbodens 17 zu verstärken, sind tunlichst radiale Rippen 18 an der Innenseite des Kolbenbodens 17 vorgesehen, durch die im übrigen auch die zu kühlende Oberfläche wesentlich vergrößert wird. Bei einer derartigen Kolbenbauweise ist die Zuführung des Kühlöles auch durch die hohlgebohrte Pleuelstange 19 möglich, wenn das öl.durch entsprechende Bohrungen 20 in der Wand des Kolbenbplzens 21 unter Zwischenschaltung eines Kanals 22 oder eines eingegossenen Rohres über dem Kolbenbolzenauge geleitet wird. Das Zuführu.nigsrohr 22 und die Rückleitungsrohre können dabei so weit in den Ringraum 1 eingeführt werden, daß bei stillstehender Maschine eine entsprechende Kühlölmenge in· dem Ringraum zurückbleibt.

.· Die Abb. 4 läßt einen Tauchkolben 23 erkennnen, der nicht nur in der Ringpartie 24 außerordentlich Hoch belastet ist, sondern bei dem der Kolbenboden 25 so heiß wird, daß eine Kühlung desselben unbedingt erforderlich ist. Die Kühlölzuführung erfolgt auch hier durch die hohlgebohrte Pleuelstange 26. Das öl wird durch Spritzdüsen 27, die parallel zum Kolbenbolzen 28 angeordnet sind, in Schlitze 29 über dem Kolbenbolzenauge während des Laufes gespritzt. Die Schlitze-29 sind so gestaltet, daß bei einem maximalen Pleuelausschlag von etwa 30° der Olstrahl mit Sicherheit aufgefangen wird und den Ringrauim erreicht, und zwar unabhängig von der Kolbengeschwindigkeit. Um eine zweckmäßige Führung des Kühlöles zu erreichen, sind in der Abb. 4 senkrecht und radial verlaufende Rippen in dem Kühlölraum 1 vorgesehen. Der Abfluß des heißen Öles kann sowohl in der Nähe der Kolbenbodenmitte 30 als auch rechtwinklig zu. den Eintrittschlitzen an der Unterkante des Kühlraumes erfolgen.

Die Erfindung kann auch bei einem Kolben, der doppelwandig bis zur Nut 31 für den unteren ölabstreifring ausgebildet ist, Anwendung finden (Abb. 5). Die Zuführung des Schmieröles erfolgt wiederum durch die hohlgebohrte Pleuelstange 32. Die

Spritzdüse 33 befindet sich unterhalb des Kolbenbolzens 34 parallel zu demselben und führt das öl durch einen etwa 30° breiten- Schlitz 35 dem Kühlraum 1 zu. Durch, die Pendelwirkung im Kolbenkühlraum wird die Kühlölmenge infolge der endlichen Länge der Pleuelstange in der Richtung zum Kolbenboden hin beschleunigt. Das Kühlöl kann daher an. der Unterseite des Brennraumes 36 im Kolbeninnern zurückgeführt werden. Um eine möglichst große Stabilität derartiger Kolben zu erreichen, kann der Kühlraum 1 je nach Bedarf durch kreisförmig oder anders gestaltete Verbindungsstücke 37 mit dem äußeren Kolbenmantel versteift werden. Diese Verbindungen können so ausgebildet sein., daß die Pendel wirkung des Kühlöles durch dieselben nicht wesentlich beeinflußt wird. Zweckdienlich ist es, derartige Verbindungsstellen vorzugsweise auch dort anzuordnen, wo Ölrückfübrbohrungen von den Ringnuten zum Kolbenr innenn vorgesehen werden müssen.

In der Abb. 6 ist ein Kolben mit geschlossenem Laufmantel und einem Kolbenbolzenstuhl 38 dargestellt, bei dem auch eine Pendelkühlung hinter der Ringpartie vorgesehen ist. Da.s Kühlöl wird bei einer derartigen Kolbenkonstruktion durch ein Stahlrohr 39 oder über die Pleuelstange dem Kühlraum 1 zugeleitet. Das heiße Kühlöl verläßt durch Rückführlöcher 40 im Innern über den BolzenstuM die Kühlräume 1 und 41, um über die Pleuelstange zum Kurbelgehäuse zurückgeleitet zu werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. ölgekühlter Kolben für Fahrzeug-Dieselmotoren, der mit einer Pendelkühlung ausgerüstet ist und dazu hinter der R-ingpartie einen ringförmigen Raum für das Kühlöl aufweist, der sich weitgehend dem oberen Teil der Ringpartie anpaßt und im Betrieb nur zum Teil mit Kühl öl gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Raum (1) und die ölzuführungs- bzw. ableitungskanäle (8,14,22,29,35,39) aus dünnwandigem Blech hergestellt sind -und einen vorgefertigten Teil darstellen, der in den Kolben eingegossen ist.

2. ölgekühlter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ölzuführungskanäle (29, 35) senkrecht zur Kolbenachse verlaufen und das Kühlmittel durch einen Strahl parallel zur Kolbenbolzenachse in diese Kanäle durch Düsen (27, 33), die am Pleuel (26, 32) angeordnet sind, gespritzt wird.

3. ölgekühlter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ölzuführungskanal (14, 22) parallel zur Kolbenachse verläuft und so hoch in den ringförmigen Kühlraum (1) hineingeführt ist, daß ein Leerlaufen dieses Raumes verhindert wird.

4. ölgekühlter Kolben nach Anspruch 1, der mit einem Kolbenbolzenstubl ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der ölzuführungskanal (39) durch den Kolbenbolzenstuhl (38) verlegt ist und in den ringförmigen Kühlraum (1) hineinragt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 804 048, 904 609;
schweizerische Patentschrift Nr. 238 210;
USA.-Patentschrift Nr. 2 369 906.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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