DE2443144B2 - Kolbenring einer Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring einer Kolbenbrennkraftmaschine.

Kolbenringe von Kolbenbrennkraftmaschinen, insbesondere von ^!geladenen Großdieselmotoren, sind besonders stark thermisch belastete Teile. Die bekannten Kolbenringe sind mit einem Schlitz versehen, welcher eine Federung sowie "wärmedehnung des Ringes zulassen solL Durch den Schlitz bläst im Betrieb ein Teil der Brenngase durch, wodurch die an den Schlitz anschließenden Enden des Kolbenringes stark aufgeheizt werden. Das führt zu einer Verschlechterung der Schmierverhältnisse in diesem Bereich, wodurch eine Gefahr von Fressen entsteht. Außerdem wurden durch die Erwärmung dauernde Deformationen der Enden von Kolbenringen beobachtet welche zu einer Undichtheit und zu erhöhtem Durchblasen von Brenngasen führten.

Die Erfindung hat die Schaffung eines Kolbenringes zum Ziel, welcher die erwähnten Nachteile nicht aufweist und bei welchem die Temperatur entlang seines ganzen Umfanges ausgeglichen ist, wobei sie niedriger ist als die bisher auf den Enden auftretenden Temperaturspitzen,

Der erfindungsgemäße Kolbenring, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, ist gekennzeichnet durch mindestens einen in seiner Umfangsrichtung von einem Ende zur Mitte führenden geschlossenen Kanal, der zum Teil mit einem bei der Betriebstemperatur flüssigen Medium gefüllt ist dessen Siedetemperatur zwischen den Betriebstemperaturen des Ringes an seinen Enden und in seiner Mitte liegt und das zum Wärmetransport von den Enden des Ringes zu seiner Mitte dient.

Auf diese Weise wird mit der Hilfe des flüssigen Mediums ein Ausgleich der Temperaturen des Ringes erhalten, der zu einer Senkung der Temperaturspitzen an den Enden des Kolbenringes führt Gleichzeitig wird dabei die von den Enden abgeleitete Wärme im mittleren Bereich in erhöhtem Maße in den Kolben und in die Zylinderwand abgeleitet.

Ferner wird ein besonders intensiver Wärmetrans

port von den heißen zu den kühleren Stellen, nach dem Prinzip des bekannten Wärmeleitrohres, erhalten. Das Medium, welches an den heißen Stellen verdampft, kondensiert an den kühleren Stellen und gibt dort seine

s Verdampfungswärme ab. Darauf fließt es in flüssigem Zustand zur heißen Stelle wieder zurück. Dadurch wird ein besonders intensiver Wärmetransport mit geringen Temperaturdifferenzen am Umfang des Kolbenringes erhalten.

ίο Der Kanal kann durch ein im Material des Kolbenringes eingegossenes Rohr gebildet sein. Dadurch wird eine besonders einfache Herstellungsmöglichkeit des normalerweise aus Gußeisen bestehenden Ringes bei gutem Wärmeübergang zwischen dem

is Material und dem Rohr erhalten. Die Enden des Rohres können nach dem Füllern mit dem Medium zugeschweißt werden.

Es ist dabei möglich, in einem Kolbenring zwei Kanäle vorzusehen, von denen jeder von einem Ende in den mittleren Bereich des Ringes führt Vorzugsweise kann jedoch ein einziger Kanal vorgesehen sein, weicher von einem Ende des Kolbenringes zum anderen führt Dadurch wird neben einer einfacheren Herstellung des Kanals und seiner Füllung noch der Vorteil erzielt, daß die Temperaturen am ganzen Umfang des Ringes vergleichmäßigt werden können.

Das zum Wärmetransport dienende Medium kann vorzugsweise Wasser sein. Bei einem mit Wasser gefüllten, erfindungsgemäßen Kolbenring stellt sich im Betrieb ein Druck in der Wasserfüllung ein, welcher dem Sattdampfdruck bei der bestehenden Temperatur entspricht

Es ist jedoch auch möglich, als Medium für den Wärmetransport eine Kohlenwasserstoffverbindung zu verwenden. Dadurch kann erreicht werden, daß der Druck im Kanal des Kolbenringes im Betrieb nicht oder nur unwesentlich über den Atmosphärendruck steigt

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung vereinfacht dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Kolbenringes,

F i g. 2 ein Diagramm des Temperaturverlaufes über den Umfang des Kolbenringes,

F i g. 3 den Querschnitt nach der Linie IH-III aus der F i g. 1 in größerer Darstellung,

F i g. 4 einen Teilschnitt eines Endes des Kolbenringes nach der F i g.! in ebenfalls größerer Darstellung und
F i g. 5 einen der F i g. 3 entsprechenden Querschnitt

so einer anderen Ausführungsform des Ringes.

Die F i g. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kolbenring 10 für einen aufgeladenen Großdieselmotor. Der Kolbenring 10 hat zwei Enden 11 und 12, die voneinander durch einen Schlitz 13 getrennt sind. Der

ss Ring 10, der sonst in üblicher Weise ausgebildet ist, enthält einen in Umfangsrichtung verlaufenden Kanal 14, der an beiden Enden durch Zapfen 15 abgeschlossen ist

Zum Vergleich mit der Temperaturkurve a F i g. 2 ist

der Ringumfang nach der Fig. 1 mit der Winkelbezeichnung 0 bis 360° versehen. In der Fig. 2 sind über einer Linie, die der Abwicklung des Umfanges des Kolbenringes 10 entspricht, die im Betrieb auftretenden Temperaturen t eingezeichnet. Man sieht daß im

es Bereich der Enden U und 12 des Kolbenringes 10 die Temperatur auf mehr als den doppelten Wert der Temperatur ansteigen kann, welche im mittleren Bereich des Kolbenringes um 180° herum herrscht

Die F i g. 3 und 4 zeigen Schnitte, aus welchen die Ausbildung des Kolbenringes 10 hervorgeht So enthält der dargestellte Kolbenring 10 ein im Material 16 des Ringes eingegossenes Rohr 17, z. B. aus Stahl, das ungefähr zur Hälfte mit einem Wärmetransportmedium 18, z. B. Wasser oder einer Kohlenwasserstoffverbindung, gefallt ist An den Enden des durch das Rohr 17 gebildeten Kanals 14 befinden sich Zapfen 2O₁, die jeweils durch eine Schweißnaht 21 mit dem Rohr gasdicht verbunden sind.

Wenn, wie bereits erwähnt, die Siedetemperatur des im Rohr 17 eingeschlossenen Mediums 18 zwischen den Betriebstemperaturen des Ringes 10 an seinen Enden und in seiner Mitte liegt wird ein besonders intensiver Wärmetransport von den heißen zu den kühlen. Stellen nach der Art des sogenannten Wärmeleitrohres erhalten. Das Medium 18 wird an den heißen Stellen verdampft und kondensiert an den kühleren Stellen unter Abgabe der Verdampfungswärme. Dadurch wird ein besonders intensiver Temperaturausgleich erhalten.

Wenn als Medium 18 für den Wärmetransport Wasser verwendet wird, stellt sich im Betrieb ein Druck ein, der dem Sattdampfdruck bei der betreffenden Betriebstemperatur entspricht Im allgemeinen handelt es sich dabei um Drücke im Bereich von 10 bar, die ohne Schwierigkeiten vom Ring aufgenommen werden können. Wenn als Wärmetransportmedium 18 andere Stoffe, wie z. B. Kohlenwasserstoffverbindungen verwendet werden, steigt der Druck im Rohr 17 nur unwesentlich über den Atmosphärendruck.

Wenn im Betrieb Schwierigkeiten mit dem RückfluG des Mediums 18 zu den Enden des Kolbenringes JO auftreten sollten, kann die Ausführungsform nach der F i g. 5 verwendet werden.

Bei dieser ist im Rohr 17 zusätzlich zur Flüssigkeitsfüllung noch ein bandartiger Körper 22 aus einem porösen Material untergebracht Der Körper 22, der sich entlang der ganzen Länge des Rohres 17 erstrecken kann, kann z. B. ein dichtes Geflecht aus dünnen Stahldrähten sein. Der Körper 22 bewirkt im Betrieb eine Bewegung des flüssigen Mediums 18 zu den Enden 11, 12 des Ringes 10 unter dem Einfluß von Kapillarkräften.

Obwohl die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert wurde, bei welchem ein Rohr 17 im Gußeisenmaterial 16 des Ringes 10 eingegossen ist, versteht es sich, daß viele andere Möglichkeiten zur Herstellung des Kanals 14 bestehen. So kann z. B. im Ring mechanisch eine Nut ausgearbeitet werden, die nachträglich verschlossen wird, oder in v. siehe ein Rohr eingelegt bzw. eingeschoben wird.

Die Ausführungsform mit dem eingegossenen Stahlrohr hat zusätzlich den Vorteil, daß bei einem Bruch des Kolben -inges 10 dessen Teile durch das duktile Rohr 17 zusammengehalten werden und daher z. B. nicht in die Spülschlitze einer Zweitaktmaschine gelangen können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kolbenring einer Kolbenbrennkraftmschine, gekennzeichnet durch mindestens einen in seiner Umfangsrichtung von seinem Ende (11, 12) zur Mitte führenden, geschlossenen Kanal (14), der zum Teil mit einem bei der Betriebstemperatur flüssigen Medium (18) gefüllt ist, dessen Siedetemperatur zwischen den Betriebstemperaturen des Ringes (10) an seinen Enden (U, 12) und in seiner Mitte liegt, und das zum Wärmetransport von den Enden (11,12) des Ringes (10) zu seiner Mitte dient

2. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (14) durch ein im Material (16) des Kolbenringes (10) eingegossenes Rohr (17) gebildet ist.

3. Kolbenring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (14) von einem Ende (11) des Kolbenringes zum anderen (12) führt

4. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Medium Wasser ist

5. Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Medium eine Kohlenwasserstoffverbindung ist