DE1751342B1

DE1751342B1 - Kolben mit im Kolbenkopf angeordnetem,ringfoermigem Kuehlkanal

Info

Publication number: DE1751342B1
Application number: DE19681751342
Authority: DE
Inventors: Egon Moelle
Original assignee: Alcan Aluminiumwerke GmbH
Current assignee: Novelis Deutschland GmbH
Priority date: 1968-05-14
Filing date: 1968-05-14
Publication date: 1970-06-18

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Kolben für Brennkraftmaschinen, bei denen im Kolbenkopf ein rinförmiger Kanal für den Durchfluß einer Kühlflüssigkeit angeordnet ist. Als Kühlflüssigkeit kommt dabei in der Regel öl in Betracht. Solche Kolben mit im Kolbenkopf angeordnetem Kühlkanal werden besonders in Brennkraftmaschinen mit hoher spezifischer Leistung eingebaut, um den hohen Wärmeanfall am Boden des Kolbens in ausreichender Weise abzuleiten. Die obere Temperaturgrenze, bis zu welcher die Kolben noch betriebssicher arbeiten, ist einerseits durch die Verkokungstemperatur des Schmieröls und andererseits durch den Abfall der Festigkeit des Kolbenwerkstoffes mit steigender Temperatur gegeben.
Bei den bekannten Kolben mit im Kolbenkopf angeordnetem ringförmigen Kühlkanal wird von einer im Kurbelgehäuse angebrachten Düse Schmieröl in den Kühlkanal eingespritzt, das nach Durchströmen des Kühlkanals durch eine zweite öffnung wieder in das Kurbelgehäuse austreten kann. Bei Brennkraftmaschinen mit stehenden Zylindern, bei denen der Kühlkanal in einer zur Längsachse des Kolbens senkrechten Ebene liegt, erfolgt eine ausreichende Verteilung des Schmieröles im Kühlkanal durch den Strahldruck und eine beim Lauf des Kolbens entstehende, unkontrollierte Schüttelwirkung. Bei schrägliegenden Zylindern, z. B. bei V-Maschinen oder Maschinen mit horizontalliegenden Zylindern sind aus konstruktiven Gründen die Spritzdüsen oft auf der Unterseite der Zylinder angebracht. Dabei reicht aber der Strahldruck des Schmieröles meist nicht aus, um das Schmieröl in einem schrägliegenden Kolben durch den in bezug auf die Eintrittsöffnung höher liegenden, ringförmigen Kühlkanal zu drücken und eine gleichmäßige Kühlung über den ganzen Umfang des ringförmigen Kanals zu gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch in solchen Fällen, bei welchen in Brennkraftmaschinen die Zylinder schräg oder horizontal liegen, eine zuverlässige Förderung und Durchströmung des ringförmigen Kühlkanals von der tiefliegenden Eintrittsöffnung durch die ansteigenden bzw. höher liegenden Teile des Kühlkanals hindurch zu gewährleisten.
Dies wird bei dem nach der Erfindung ausgebildeten Kolben dadurch erreicht, daß die sich in der Bewegungsrichtung des Kolbens gegenüberliegenden Innenseiten des ringförmigen Kühlkanals in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Stufen aufweisen, die von miteinander abwechselnd schrägen und un-P flächen 0 fähr in gebildet der Beweg werden. aungsrichtung Eine solche, liegenden z. c B. angenähert Stufensägezahnartige, versetzte Ausbildung der unteren und der oberen Innenfläche des Kühlkanals hat die Wirkung, daß das an der tiefsten Stelle des ringförmigen Kühlkanals eintretende Schmieröl unter dem Einfluß der hohen Beschleunigungskräfte, die beim Kolbenlauf auftreten, durch das Hin- und Herschleudern des Schmieröles zwischen Bodenfläche und Deckenfläche des Kühlkanals schrittweise ansteigt und aufwärts durch den Ringkanal geführt wird.
Diese Wirkung kann dadurch verstärkt werden, daß die in der Bewegungsrichtung des Kolbens liegende Stufenfläche jeweils das obere Ende der benachbarten Schrägfläche in Form eines Steges überragt.
Die Zeichnung stellt einen Kolben mit einem nach der Erfindung ausgebildeten ringförmigen Kühlkanal dar. F i g. 1 ist ein Axialschnitt durch einen schrägliegenden Zylinder im Kolben und Kurbeltrieb; F i g. 2 zeigt in größerer Darstellung die Abwicklung des ringförmigen Kühlkanals; F i g. 3 zeigt einen Abschnitt eines Gußkernes für die Bildung des Kühlkanals.
In dem schrägliegenden Zylinder 1 läuft der z. B. aus Leichtmetall gefertigte Kolben 2, der auf das Pleuel 3 einwirkt. Das zur Kühlung dienende Schmieröl wird aus der Düse 4 in den Eintrittskanal 5 eingespritzt, an dem sich der im Kopf des Kolbens in an sich bekannter Weise angeordnete ringförmige Kühlkanal 6 anschließt. Nach dem Durchlauf durch diesen Kühlkanal tritt das Schmieröl durch die Bohrung 7 wieder in das Kurbelgehäuse ein.
Die in F i g. 2 gezeichnete Abwicklung des Kühlkanals 6 läßt erkennen, daß die sich in der Bewegungsrichtung des Kolbens 1 gegenüberliegenden Innenseiten 8 und 9 des Kühlkanals gegeneinander versetzte Stufen aufweisen, die von miteinander abwechselnden schrägen Stufenflächen 10 und ungefähr in der Bewegungsrichtung liegenden senkrechten Stufenflächen 11 gebildet werden. Dabei überragen die etwa senkrechten Stufenflächen 11 das obere Ende der benachbarten schrägen Stufenfläche 10 in der Form von Stegen 12.
Die durch den Kühlkanal s eintretende Kühlflüssigkeit wird beim Hin- und Hergang des Kolbens 2 durch ihr Beharrungsvermögen abwechselnd gegen die obere Innenseite 8 und die untere Innenseite 9 des Kühlkanals 6 geschleudert. Sie gelangt hierbei jeweils in die tiefste Ausnehmung 13 jeder Stufe und wird aus dieser Ausnehmung heraus auf die gegenüberliegende schräge Stufenfläche 10 geworfen, auf welcher sie wiederum an die tiefste Stelle einer Ausnehmung gelangt. um bei Änderung der Bewegungsrichtung des Kolbens 2 erneut auf die Gegenseite geschleudert zu werden, auf der sie nun auf die folgende Stufe gelangt. Dabei kann die Bodenfläche der einzelnen Stufen sowohl als schiefe Ebene als auch als Auswölbung ausgebildet sein. Wesentlich ist, daß diese Bodenfläche auf der einen Seite tiefer liegt als auf der anderen, damit die an der tiefsten Stelle der Ausnehmung 13 gesammelte Kühlflüssigkeit bei der Bewegungsumkehr des Kolbens 2 auf diejenige gegenüberliegende Stufe gelangt, welche um etwa eine halbe Stufe=nbreite versetzt angeordnet ist. Es gelingt hierdurch, auch bei einem horizontallaufenden Kolben 2 die Kühlflüssigkeit von der tiefsten Stelle des Kühlkanals 6 bis zu dessen Scheitel zu fördern.
Die Herstellung des Kolbens 2 mit einem derart ausgebildeten Kühlkanal 6 im Kolbenkopf kann gießtechnisch auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Beispielsweise können Einsatzteile in den Kolben 2 eingegossen werden, welche die Innenform des Kühlkanals 6 enthalten. Es können aber auch beim Gießen des Kolbens 2 in an sich bekannter Weise der Innenform des Kühlkanals 6 entsprechende zerstörbare oder lösliche Kerne eingesetzt werden, beispielsweise in bekannter Weise aus einem in der Hitze zerstörbaren Kunststoff oder Kunststoffschaum oder bekannte Kerne aus Salz. Ein solcher Kern 14 ist in F i g. 3 dargestellt. Man erkennt, daß die Einschnitte 15 des Kernes 14 zur Bildung der Stege 12 dienen. Auch können Hohlkerne aus einem Metall, wie Eisen, verwendet werden, das in einer Aluminium nicht angreifenden Säure, wie Salpetersäure, lösbar ist.

Claims

Patentansprüche: 1. Kolben mit im Kolbenkopf angeordnetem, ringförmigem Kühlkanal für Brennkraftmaschinen mit schräg- oder horizontalliegendem Zylinder, dadurch gekennzeichnet, daß die sich in der Bewegungsrichtung des Kolbens (2) gegenüberliegenden Innenseiten (8, 9) des Kühlkanals (6) in Umfangsrichtung gegeneinander versetzte .Stufen aufweisen, die -von- miteinander abwechselnden schrägen und ungefähr in der Bewegungsrichtung liegenden Stufenflächen (10,11) gebildet sind.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Bewegungsrichtung liegende Stufenfläche (11) das obere Ende der benachbarten Schrägfläche (10) in Form eines Steges (12) überragt.
3. Verfahren zur Herstellung von Kolben nach Anspruch 1 oder 2 durch Gießen, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenform des Kühlkanals (6) aufweisende Einsatzteile in den Kolben eingegossen werden.
4. Verfahren zur Herstellung von Kolben nach Anspruch 1 oder 2 durch Gießen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Gießen des Kolbens (2) in an sich bekannter Weise der Innenform des Kühlkanals (6) entsprechende lösliche Kerne, z. B. Salzkerne, eingesetzt werden.-
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne in an sich bekannter Weise als Hohlkerne aus einem Metall, wie Eisen, bestehen, das in einer Aluminium nicht angreifenden Säure, wie Salpetersäure, lösbar ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerne in an sich bekannter Weise aus einem in der Hitze zerstörbaren Kunststoff oder Kunststoffschaum bestehen.