DE1955903A1

DE1955903A1 - Kolben fuer Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE1955903A1
Application number: DE19691955903
Authority: DE
Inventors: Itano Takumi Machida
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1968-11-07
Filing date: 1969-11-06
Publication date: 1970-05-21
Also published as: US3613521A

Description

DA-3366

Beschreibung

zu der

Pat entanmeldung der

Komatsu Manufacturing Co„, Ltd„, 3-6, 2-chome, Akasaka,
Minato°ku, Tokio/Japan

betreffend

Kolben für Verbrennungsmotor (Priorität: 7. Nov_o1968, Japan, Nr. 80 921/1968)

Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor und bezieht sich insbesondere auf den Aufbau des inneren Kühlsystems eines solchen Kolbens.

Bekanntlich besteht bei den heutigen Verbrennungsmotoren die Tendenz, mit hoher Geschwindigkeit und stark übermässiger Brennstoffzuführung zu arbeiten, weshalb die Wärmemenge in dem Zylinder im Vergleich zu der die Wärme abgeben- I den Oberfläche immer mehr ansteigt; daher kommt es nicht nur auf die Kühlung des Zylinders, sondern auch auf die des hin- und hergehenden Kolbens an.

Andererseits ist es erforderlich, bei hochtourigen Motoren die Trägheit derartiger Kolben zu reduzieren. Es sind Kolben, die den erwähnten Anforderungen genügen, generell bekannt, deren oberer Abschnitt aus hitzebeständigem Stahl und deren unterer Abschnitt aus einer Aluminiumlegierung be-"

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steht, wobei die beiden Abschnitte durch Bolzen oder Schrauben miteinander verbunden sind und die Verbindungsstelle einen Kühlungskanal enthält.

Bei Kolben dieser Bauart hat jedoch der hitzebeständige Stahl ein grösseres spezifisches Gewicht und eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die Aluminiumlegierung; daher hat einerseits die Gewichtsverminderung eine natürliche Grenze, und andererseits kann die Wärmeabfuhr nicht voll wirk« sam ausgeführt werden. Ausserdem besteht die Gefahr, dass sich der den Kolben tragende Teil durch den Gebrauch löst.

Um die Nachteile der erwähnten Kolben zu vermeiden, ist als Gegenmassnähme auch schon vorgeschlagen worden, den gesamten Kolben aus einer Aluminiumlegierung zu giessen und beim Giessen den Kühlungskanal auszubilden. Dabei bestehen jedoch Schwierigkeiten in der Auswahl des bei der Ausbildung des Kanals zu verwendenden schmelzbaren Kerns und hinsichtlich <ier Instandhaltung der Gussformen, die Produktionsr kosten sind hoch,und es existieren weitere ähnliche Probleme.

'.'■'"■ \ΐ;^!25ίel der Erfindung ist es, einen Kolben zu schaffen, der einen zur Verwendung von Aluminiumlegierung geeigneten gelöteten Aufbau hat. Erfindungsgemass zerfällt der Kolben längs ,miner zur Kolbenachse senkrechten Ebene in zwei Teile. Der obere Teil oder Kopf ist mit einem Kühlungskanal versehen, der gegen die Trennebene hin offen ist, während der untere oder Mantelteil an der Trennfläche mit mehreren Ringnuten verseilen ist, die die angrenzende Fläche des Kopfes aufnehmen. Der Boden der Ringnuten ist mit Lot ausgefüllt.

:.,.;i|| folgenden ist ein Ausführungsbai spiel der Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben: in diesen zeigen;

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ORIGINAL INSPECTED

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kolben nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Kolben in einer Schnittebene, die gegenüber der Schnittebene nach Fig. 1 um 90° versetzt ist; und

Fig. 3 ein Diagramm, das den Temperaturverlauf der Zugfestigkeit von Y-Legierung und Rohaluminium zeigt.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Kolben ist mit einem die Brennkammer 1 aufweisenden Oberteil oder Kopf 2 aus Aluminiumlegierung sowie einem Unter- oder Hantelteil 3 aus Äluminxuml egieruiig versehen, der von dem Kopfteil 2 getrennt hergestellt wird.

Der Kopf 2 wird so hergestellt, dass an der Trennfläche 4 ein ringförmiger Kühlungskanal 5 und innerhalb desselben eine halbkugelförmige Rückführungskammer 6 entweder während des, Giessvorgangs oder bei der mechanischen Bearbeitung nach dem Giessen ausgebildet werden« Der Kühlungskanal 5 und die Rückführungskammer 6 sind durch mehrere radial verlaufende Rückführungsbohrungen 7 miteinander verbunden«

• Der Mantelteil 3 wird so hergestellt, dass eine Öffnung 8, die nach unten hin offen sein kann, und quer dazu eine Zapfenbohrung 9 vorgesehen werden, in die der (nicht gezeigte) Kolbenzapfen eingesetzt wird. Zur Zuführung des Kühlöls an den Kolbenzapfen dient eine Ölnut 10, die über eine an der Trennfläche 11 endende Bohrung 12 mit dem Kühlungskanal 5 verbunden ist. In der Mitte der oberen Fläche des Mantelteils 3 ist eine Auslasürohrung 13 vorgesehen, die den Hohlraum β mit der Rückführungskammer 6 des Kopfes 2 verbindet und dazu dient, das rückfliessende Öl an den Schmierölbehälter zurückzuführen.

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ORIGINAL

Der Hantel teil 3 weist an d&x oberen Fläche des an den Kopf anechlieseenden Abschnitte 3a zwei Seihen von Ringnuten 14a und 14b auf, die an den ringförmigen Verbindungafl&ohen 2a und 2b entsprechenden Stellen angeordnet sind und dasu dienen, diese Verbindungsfl&chen aufzunehmen. Die Ringnuten 14a und 14b befinden sich aus serhalb bzw· inner· halb des Kühlungekanal β 5.

Dadurch werden ausserhalb und innerhalb der Singnuten 14a und 14b Vorsprünge 15a, ISb und ISc gebildet, zwischen denen die Ringnuten 14a und 14b eintauchen.

Um den Kopf 2 mit dem Mantelteil 3 bei der Herstellung des Kolbens zu verbinden, werden die beiden Teile in einer Azetvlenflaame erhitzt, wodurch das in den Nuten 14a und 14b befindliche Lot 16 geschmolzen wird« Bei dem Lot handelt es sich beispielsweise um Y-Legierung (eine Aluminiumlegierung mit 4 % Cu, 2 % Ni und 1,5 % Mg}·

Wird in diesem Fall der untere Mantelteil 3 horizontal gehalten, so verteilt sich die Y-Legierung 16 in den jeweiligen Ringnuten 14a und 14b gleichmfissig über den gesamten Boden der Nuten.

Werden die Verbindungsabschnitte 2a und 2b des Kopfes 2 auf die Ringnuten 14a und 14b ausgerichtet, so lassen sich die beiden Kolbenteile 2 und 3 in der richtigen Weise miteinander verbinden·

Wie in Fig. 3 gezeigt, neigt die Zugfestigkeit von Y-Legierung, Aluminiumlegierung oder ahnlichen als Rohmaterialien verwendeten Verbindungsmaterialien dazu, von etwa 20O⁰C an abzusinken; bei dem erfindungsgenissen Kolben-

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ORIGINAL INSPECTED

aufbau nimmt dagegen die mechanische Festigkeit des Verbindungeabschnitts bei steigender Temperatur nicht ab·

Die Ringnuten 14a und 14b, in die die Y-Legierung 16 eingefüllt wird, befinden sich namlioh stromabwärts ▼on dem Kühlungekanal 5; da die aus der Richtung der Verbrennungskammer 1 dos Kopfes 2 kommende Hitze effektiv an den Kühlungskanal 5 abgegeben wird, kann sich aomit der Verbindungeabschnitt nicht Überhitzen.

Pas dam Kühlungskanal S sugeführte Schmieröl bleibt am Boden des Kühlungskanals S, wird durch die Bewegung des Kolbens, umgewälzt und vermittelt somit eine hohe Wärmeleitfähigkeit; von dem Kanal 5 gelangt es mit der Bewegung des Kolbens durch dia Öffnungen 7 in die Rückführungskammer 6 und wird von dieser durch die Aaslassbohrung 13 ab» gegeben·

• Erfindungsganass ist es möglich, den ganzen Kolben aus Aluminiumlegierung herzustellen; dadurch lasst sich die träge Masse des Kolbens reduzieren; ausserdem sind der Kühlungekanal und die Rttckführungskammer zur Verbindungsebene hin offen, und daher ist die Herstellung einfach· Werden diese Ausnehmungen beim Giossprozess ausgebildet, so besteht keine Gefahr, dass Gasblasen entstehen.

Bei nur aus Aluminiumlegierur ; bestehenden Kolben wie den herkömmlichen kolben ist es dagegen unmöglich, Kolbenkopf und -3*antelteil aas verschiedenen Materialien herzustellen· Krfindang;sgemäes kann jedoch der obere oder Kopfteil aus einer hitaefcerfcändigeti Aluminiumlegierung und der untere oder Mantel teilaue. abriebfester Aluminiumlegierung bestehen.

Patentansprüche

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Claims

1 9 b h 9 O Patentansprüche

1. j Kolben für Verbrennungsmotor, bei dem Kopf und Mantelfeil zwei an einer zur Kolbenachse senkrechten Ebene verbundene Teile bilden, dadurch gekennzeichnet _s dass im Kopf (2) ein zu der Verbindungsebene (4) hin offener ringförmiger Olhlungskanal (5) geformt ist und die beidsa Kolbsntai e (Z₁S) an dem Kühlungskanal benachbarten Abschnitten C2a,2b, 14a,14b) miteinander verlötet sind.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kopf (2) innerhalb des ringförmigen Kühlungskanals (5) eine zu der Verbindungsebene (4) hin offene RttckfUhrungskammer (6) geformt ist, die zum Abführen des Kühlale mit dem Kühlungskanal (5) sowie dem freien Ende des Mantelt#iIs (3) in Verbindung steht.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , dass einer der Kolbenteile (3) radial innerhalb und ausserhalb des Kühlungskanals (5) an der Verbindungsebene (4) angeordnete Ringnuten (14a,14b) aufweist, in die der andere Kolbenteil'(2) mit entsprechenden ringförmigen Voreprttngen (2a,2b) eingreift·

4· Kolben nach Anspruch 3, dadurch g e k β η η seichnet, dass die Ringnuten (14a, 14b) im Mantelteil (3) ausgebildet sind.

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ORIGINAL INSFSOTEO

5. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daS beide Korbenteile (2,5) aus Aluminiuralegierungen bestehen.

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