DE1905609A1

DE1905609A1 - Fluessigkeitsgekuehlter Kolben fuer Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE1905609A1
Application number: DE19691905609
Authority: DE
Inventors: Gerhard Schieber
Original assignee: Karl Schmidt GmbH
Current assignee: Karl Schmidt GmbH
Priority date: 1969-02-05
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1970-08-20

Description

Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Kolben für Brennkraftmaschinen mit einem im Kolbenkopf angeordneten Kühlraum, der mit Bohrungen für die Kühlmittelzu- und -abführung verbunden ist.
Bei Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere bei den Großkolben, sind oftmals die Wärmewege von Kolbenbodenmitte bis zur Ringpartie bzw. dem Schaft im Vergleich zur wErmeaufnehmenden Bodenoberfläche sehr lang, so daß sich ein großes Temperaturgefälle mit hohen Temperaturen am Kolbenboden einstellt. Gleichzeitig tritt Je nach Auslegung Verkokungsgefahr für das Schmieröl und/oder überhöhter Verschleiß in den Ringnuten auf. Nachteilig wirken sich auch große Spielschwankungen aus. In einem solchen Fall ist eine zusätzliche Kühlung des Kolbens durch ein Kühlmittel unumgänglich.
Es ist zwar schon versucht worden, ohne die Ölkühlung auszukommen, indem zum Wärmeschutz des Feuerstegs, der Ringpartie und der Kolbenringe wärmedämmende Bleche oder Hohlräume zweckentsprechend vor den zu schützenden Partien angeordnet werden. Dieses Prinzip hat sich jedoch wegen der ihm eigenen Unzulänglichkeiten, insbesondere im hinblick auf die Schwächung der Gestaltfestigkeit, nicht bewährt (Karl Schmidt GmbH, Technisches Handbuch 1967, Seite 109).
Bekannt ist auch die innere Oberfläche des Kolbenbodens mit aus dem blkrelslauf entnommenen Schmieröl zu kühlen, indem das Schmieröl iiber eine am Motorgehause befestigte Spritzdüse gegen den Kolbenboden gespritzt wird. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, daß in dem Ölkreislauf eine große Menge Öl bewegt werden muß, da der Kontakt zwischen dem Kolbenboden und dem dagegengespritzten Öl nur kurzfristig stattfindet und damit die Wärmeaufnahme des einzelnen Ölpartikels relativ gering ist (DBP 968 013; 955 641).
Ferner ist bekannt, das Kühlmittel über den Pleuelzapfen und die Pleuelstange einer am Pleuelstangenkopf angeordneten Düse zuzuführen, die das Kühlmittel in einen in den Kolben mit eingegossenen sogenannten Shaker-Kühlraum einspritzt.
Das eingespritze Kühlmittel verbleibt noch eine gewisse Zeit in den im Kolbeninneren angegossenen Taschen, wodurch eine sogenannte Shaker-Wirkung zustandekommt, die eine Kühlung des Kolbenbodens bewirkt. Dieses Prinzip ist jedoch für Kolben von langer Laufzeit nicht geeignet, da das Schmieröl dann zu schnell altert und frühzeitig ersetzt werden muß (DBP 950 612).
Die bisher intensivste Kühlung läßt sich mit im Kolbenkopf eingegossenen Kühlräumen, insbesondere Rohrschlangen, erzielen, in denen das Kühlmittel zwangsgeführt wird (DAS 1 207 152, Gbm 1 979 948). Der Kühlmittelzufluß erfolgt im allgemeinen über das System Kurbelwelle/Pleuelstange, von wo es über einen zweckentsprechend gestalteten Kolbenbolzen in die Zuführbohrung der Bolzennabe gelangt.
Das Kühlmittel durchläuft im Kolbenkopf nun entweder eine eingegossene Rohrschlange oder einen Kühlkanal. In manchen Fällen erfolgt die Kühlmittelzufuhr auch über eine Spritzdüse, durch die das Kühlmittel in das offene Ende der Zuführbohrung des hin- und hergehenden Kolbens eingespritzt wird. Die nach diesem Verfahren erzielte Temperatursenlcung in der ersten Kolbenringnut beträgt gewöhnlich etwa zwischen 40 bis 600 C.
Es wurde nun gefunden, daß-bei Kolben mit einem im Kolbenkopf angeordneten Kühlraum, insbesondere ringförmiger flauart, eine Temperatursenkung in der ersten Kolbenringnut bis zu 1000 C erzielt werden kann, wenn erfindungsgemäß das aus der Kühlmittelabführbohrung austretende Kühlmittel in einer unterhalb dieser angeordneten Wanne aufgefangen wird. Infolge der sich durch die Kolbenbewegung ändernden Massenbeschleunigung wird das Kühlmittel aus der Auffangwanne gegen die innere Kolbenoberfläche geschleudert und bewirkt dadurch einen zusätzlichen Kühleffekt.
Dabei besteht nach einem weiteren Merkmal der Erfindung die Möglichkeit, die Auffangwanne für das Kühlmittel entweder auf einem Teil des Umfangs des Kolbenhohlraums oder auf dem Treibstangenkopf anzuordnen, wobei die Kühlwirkung des aus der Wanne geschleuderten Kühlmittels zusätzlich noch dadurch erhöht werden kann, indem die innere Oberfläche des Kolbenbodens mit Rippen versehen wird.
Zweckmäßigerweise wird die Kühlmittelzuführbohrung im Bereich des Kolbenschaftes angeordnet und über eine Spritzdüse mit dem Kühlmittel beaufschlagt.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Kiilllmittel silber die hohlgebollrte Treibstange und über entsprechende Bohrungen im Kolbenbolzen der im Tiereich des Kolbenschaftes angebrachten Kühlmittelzuführbohrung zuzuleiten.
In manchen Fällen kann es sinnvoll sein, die Kühlmittelzuführbohrung im Kolbenboden anzubringen und dieser das Kühlmittel silber eine am Kopf der hohlgebohrten Treibstange angebrachte Snritzeltise zuzuführen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden naher beschrieben.
In dem E.olbenkonf des Kolbens 1 befindet sich ein ringförmiger Kühlkanal 2, der über die von der Bolzennabe 3 ausgehenden im Folbenschaft verlaufenden Kühlmittelzuführbohrung 4 mit einem von der Düse 7 in die Zuführbohrung 4 eingespritzten Kühlmittel beaufschlagbar ist. Das Kühlmittel tritt über die Kühlmittelabführbohrung 5 aus und wird in der unter dieser Bohrung 5 angebrachten Wanne 6 aufgefangen, aus der es infolge der Kolbenbewegung gegen die innere Oberfläche des Kolbenbodens geschleudert wird und auf diese Weise einen zusätzlichen Kühleffekt bewirkt. Patentansprüche

Claims

Patentansprüche 1. Wlüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen it einem im Kolbenkopf angeordneten Kühlraum, der mit Bohrungen für die Kühlmittelzu- und -abführung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Öffnung der Kühlmittelabführung (5) eine Auffangwanne (6) für das Kühlmittel angeordnet ist.
2. Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (6) auf einem Teil des Umfangs des Kolbenhohlraums angebracht ist.
3. Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (6) auf dem Treibstangenkopf angeordnet ist.
4. Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzuführbohrung (4) im Bereich des Kolbenschaftes angeordnet ist.
5. Flüssigkeitsgekilhlter Kolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzuführbohrung (4) über die vSpritzdüse (7) mit einem Kühlmittel beaufschlagbar ist.
6. Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die WUhlmittelzuführbohrung (4) über die hohlgebohrte Treibstange und entsprechende Bohrungen im Kolbenbolzen mit einem KiihlmFttel beaufschlagbar ist.
7. Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzuführbohrung (4) im Kolbenboden angebracht ist.
8. Flüssigkeitsgekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzuführbohrung (4) über die hohlgebohrte Treibstange und eine am Treibstangenkopf angebrachte Spritzdüse mit einem Kühlmittel beaufschlagbar ist.