DE2533556C2 - Flüssigkeitsgekühlter Kolben einer Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen flüssigkeitsgekühlten Kolben einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem unterhalb des Kolbenbodens befindlichen Kühlraum einer Planschkühlung, der zum Teil mit Kühlflüssigkeit und zum Teil mit Luft gefüllt ist, wobei der Kolben mit Rohren für die Zufuhr einer Mischung von Kühlflüssigkeit mit Luft sowie deren Ableitung versehen ist

Flüssigkeitsgekühlte Kolben dieser Art, die mit der sogenannten Planschkühlung versehen sind, weisen eine besonders intensive Kühlwirkung auf. In der Regel sind sie, wie z. B. der Kolben nach der DE-OS 18 01 496, mit radialen Rippen versehen, welcne den Kolbenboden abstützen und damit einerseits eine hohe Festigkeit des Kolbenbodens und andererseits ein«: gute Kühlwirkung gewährleisten, da sie eine Zufuhr der Kühlflüssigkeit nahe zur dem Brennraum zugewandten Fläche des Kolbenbodens gestatten. Derartige Kolben werden durch Guß hergestellt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den bekannten planschgekühlten Kolben derart weiterzubilden, daß er unter Verbesserung der Kühlwirkung für höhere Drücke geeignet und auf einfache Weise herstellbar ist

Der erfindungsgemäße Kolben, durch welchen dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Kolbenbodens blinde, in den Planschraum mündende Kühlbohrungen ausgebildet sind, deren Verhältnis Länge zu Durchmesser kleiner als 10 ist, und die zur zur Kolbenlängsachse orthogonalen Ebene unter einem Winkel von 45—90° stehen.

Die Kühlbohrungen gestatten ein Eindringen der Kühlflüssigkeit in der Regel Kühlwasser, sehr nahe zur dem Brennraum zugewandten, äußeren Fläche des Kolbenbodens. Bei einer entgegengesetzten Bewegung des Kolbens kann die Kühlflüssigkeit aus den Bohrungen wieder ausfließen. Dabei entsteht eine sehr turbulente Bewegung der Flüssigkeit, die einen guten Wärmeübergang gewährleistet. Im Falle von Kühlwasser entsteht sogar unter Umständen eine Verdampfung der zurückgebliebenen Wasserschicht, die den Wärmeübergang noch verbessert. Dabei unterstützt eine Neigung der Bohrungen die gegenseitige Strömung von Luft und Wasser in die Bohrungen und aus diesen heraus bei jeder Hubbewegung des Kolbens. Das zwischen den Bohrungen befindliche Material kann einen äußerst dicken und festen Kolbenboden bilden, der vorzugsweise aus Schmiedestücken oder Stahlguß hergestellt sein kann. Die vom Brennraum her einfallende Wärme wird nämlich in nächster Nähe der dem Brennraum zugewandten Räche des Kolbenbodens abgefangen und abgeleitet

Dabei können die Achsen der Kühlbohrungen die Kolbeniängsachse schneiden. Derartige Kühlbohrungen sind ieicht herstellbar und erfüllen die an sie gestellten ίο Anforderungen, wobei insbesondere der Rand des Kolbens durch die Bohrungen gut erreichbar ist Die Achsen der Kühlbohrungen liegen dabei auf konischen Rächen.

In diesem Zusammenhang muß darauf hingewiesen

werden, daß aus der US-PS 16 78 957, Figur 3, ein

Kolben mit Planschkühlung bekannt ist, welcher ähnlich

ausgebildete Kanäle für ein Kühlmittel aufweist Bei dieser Ausführungsform wird jedoch das Kühlmittel nicht ausgetauscht, so daß dessen Kühlwirkung nur begrenzt ist Außerdem befindet sich über den Kanälen eine Kühlmittelkammer, welche den Kolbenboden schwächt so daß dieser nicht für hohe Drücke geeignet ist

Andererseits sind aus der FR-PS 4 80 634 Ausführungen von Kolben bekannt bei weichen ein verhältnismä ßig dünner Kolbenboden ringförmige Rippen oder röhrchenartige Körper aufweist welche eine Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche bilden und eine Kühlung des Kolbtnbodens vom Kurbelgehäuse her M) verbessern sollen. Eine Versteifung des Kolbenbodens ist hier jedoch nicht beabsichtigt.

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

j-, F i g. 1 einen axialen Schnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Kolbens einer großen Dieselmaschine mit Kreuzkopf, z. B. für Schiffsantrieb,

F i g. 2 den Schnitt II-II aus der F i g. 1,

Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie 111—III in der F i g. 1 und

Fig.4 einen der Fig.2 entsprechenden Ausschnitt einer anderen Ausführungsform des Kolbens.

Die Fig.l zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben mit einem Kolbenoberteil 1 und einem Kolbenhemd 2, die an einer Kolbenstange 3 mit der Hilfe von Schrauben 4 und Muttern 5 befestigt sind. Die Kolbenstange 3 ist vertikal angeordnet und führt zu einem nicht dargestellten Kreuzkopf.

Der Kolbenoberteil ist mit einem Kolbenboden 6

versehen, der eine obere, dem Brennraum der Maschine zugewandte Außenfläche 7 aufweist Unterhalb des Kolbenbodens 6 befindet sich ein Planschraum 8, an den ein Zuführrohr 10 und ein Ableitrohr 11 für Kühlflüssigkeit, in diesem Falle Kühlwasser, angeschlossen sind.

Wie aus der Fig.3 ersichtlich ist, führen die Rohre 10 und 11 in Kanäle 12, 13 im Kolben, welche in den Planschraum 8 mündende öffnungen, und zwar eine Zuführöffnung 14 und eine Ableitöffnung IS, aufweisen.

Wie aus den F i g. 1 und 3 hervorgeht, befindet sich die

μ Ableitöffnung 15 in einer gewissen Höhe über einem

Deckel 16, der den Planschraum 8 nach unten begrenzt,

und bestimmt dadurch die Höhe des Wasserspiegels im

Planschraum 8. Der Rest des Planschraumes 8 ist im Betrieb mit Luft gefüllt, welche gleichzeitig mit dem Kühlwasser zugeführt wird.

Die Zufuhr von Kühlwasser in den Planschraum 8 erfolgt nämlich durch ein in an sich bekannter Weise im Gehäuse der Maschine feststehendes Stehrohr 17

(Fig.!) das in das Aufiihrrohr 10 eingreift. Aus dem Stehrohr 17 tritt im Betrieb ein Wasserstrahl aus, welcher durch sejne Saugwirkung Luft durch einen Spalt 18 zwischen dem Stehrohr 17 und dem Zuführrohr 10 mitreißt.

Wie aus der F i g, 1 hervorgeht, sind im Kolbenboden 6 Kühlbohrungen 20 ausgebildet, die jede einen Durchmesser D und eine Länge L haben. Damit ein ungestörtes Einfließen und Ausfließen des Kühlwassers bei jedem Hub gewährleistet ist, ist das Verhältnis der Länge L zum Durchmesser D kleiner als 10. Bei einem größeren .Verhältnis wäre nicht das erforderliche Vorbeiströmen von Luft und Wasser bei jedem Hub gewährleistet

Wie noch aus der F i g. 1 ersichtlich ist, stehen die außerhalb der Achse A des Kolbens befindlichen Kühlbohrungen 20 unter einem Winkel α zur Ebene £ die senkrecht zur Kolbenachse A verläuft Der Winkel a. liegt zwischen 45 und 90°. Diesen letzteren Winkel weist die Kflhlbohrung 20 auf, die sich in der Achse A des Kolbens befindet

Aus der F i g, 2, welche den Schnitt U-H aus der F i g, T darstellt, geht hervor, daß die Achsen B der Kühlbohrungen (in der Fig.2 nur bei einer Kühlbohrung dargestellt) in Ebenen F liegen, die durch die Kolbenachse .4 führen. Es ist jedoch auch gemäß der F i g. 4 eine Ausführungsform denkbar, bei welcher die Achsen B der Kühlbohrungen 20 in Ebenen F' angeordnet sind, die in einem Abstand X von der

ίο Kolbenachse A führen. Diese zweite Ausführungsform gestattet die Ausbildung von Kühlbohrungen 20 mit kleineren Winkeln α zur Ebene E als die Ausführungsform nach der F i g. 2.
Wie noch aus der Fig.2 ersichtlich ist, sind die Kühibohrungen 20 in der Schnittebene H-II in radialen Reihen angeordnet, derart, daß zwischen ihnen radiale Stege 5 bestehen. Gleichzeitig sind in der Fig.2 die Kühlbohrungen 20 in konzentrischen Kreisen angeordnet, derart, daß zwischen ihnen in Umfangsrichtung

ό verlaufende Stege Tund Tbestehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche;

   U Flüssigkeitsgekühlter Kolben einer Kolbenbrennkraftmaschine mit einem unterhalb des Kolbenbodens befindlichen Kühlraum einer Planschkühlung, der zum Teil mit Flüssigkeit und zum Teil mit Luft gefüllt ist, wobei der Kolben mit Rohren für die Zufuhr einer Mischung von Kühlflüssigkeit mit Luft sowie deren Ableitung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand des Kolbenbodens (6) blinde, in den Planschraum (8) mündende Kühlbohrungen (20) ausgebildet sind, deren Verhältnis Länge (L) zu Durchmesser (D) kleiner als 10 ist, und die zu einer zur Koibenlängsachse (A) orthogonalen Ebene (E) unter einem Winkel von 45-90° stehen.
2. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen (B) der Kühlbohrungen (20) die Kolbenlängsachse £4/schneiden.