DE2539470A1

DE2539470A1 - Brennkraftmaschinenkolben

Info

Publication number: DE2539470A1
Application number: DE19752539470
Authority: DE
Inventors: Hans Wilhelm Buhl
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1975-09-05
Filing date: 1975-09-05
Publication date: 1977-03-10
Also published as: FR2323022B1; US4142484A; FR2323022A1; GB1512191A; DE2539470C2; JPS5232438A

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 10 6*QA

Stüttgart-Untertürkheim 2.9«75

Brennkraftmaschinenkolben

Die Erfindung bezieht sich auf einen mit SpritzÖl gekühlten Kolben für Brennkraftmaschinen.

Bei bekannten Ausführungsarten erfolgt eine Kolbenkühlung durch das von einer Düse ausgehende Anspritzen der Kolbeninnenkontur mit Kühlöl oder bei besonders hoch belasteten Tauchkolbenbrennkraftmaschinen durch eine Zwangsölkühlung.

Die Kühlwirkungen sind bei beiden Systemen gut, jedoch ist das Anspritzen der Kolbeninnenkontur mit Kühlöl nur für eine Erhöhung der Leistungsdichte (z.B. durch Aufladung) in Größenordnungen bis zu ca. 35$ brauchbar, während größere spezifische

öl Leistungen eine mit sehr hohen Kosten verbundene ZwangsjfkÜh-

lung erforderlich machen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, die freie Kolbenanspritzung mit geringstem Aufwand so zu verbessern, daß annähernd die Wirkung einer Kolbenzwangsölkühlung erreicht wird.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kolbeninnenraum durch eine am unteren Ende des Kolbens angeordnete, mit einer Öffnung für den Pleuelstangendurchtritt versehene Auffangwanne abgeschlossen ist.

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- 2 - Palm TO 6k3/k

Durch die Anordnung der Auffangwanne entsteht im Kolben sozusagen ein Shakerraum, in dem die Kühlung durch die Shakerwirkung bzw, durch das durch die Massenkräfte in Shakerraum bewegte Öl erfolgt. Die intensiven Ölbewegungen führen zu hohen Wärmeübergangszahlen und folglich zu einem günstigen Kühleffekt.

Als weiteres Merkmal ist vorgesehen, daß die Pleuelstange zum

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Zuführen von Kühlöl Kanäle mit mindestens ein/am Pleuelkopf angeordneten Düse aufweist, wobei die Düsenachse oder -achsen bei nicht ausgeschwenkter Pleuelstange auf den Kolbenboden gerichtet sind.

Die Lage einer oder mehrerer Düsen kann so gewählt werden, daß abgespritztes Kühlöl zuerst auf die thermisch kritischen Bereiche aufprallt.

Anstelle des zuvor genannten Ausführungsbeispieles kann eine Düse am Kurbelgehäuse fest angebracht und die Öffnung für die Pleuelstange gleichzeitig Öffnung für die Düse sein oder es kann eine zusätzliche Öffnung in der Auffangwanne vorgesehen sein, wobei der bei der einen oder anderen Öffnung hindurchgehende Ölstrahl auf den Kolbenboden auftrifft, so daß sich am Kolbenboden ein punktfÖrmiges Auftreffen des Kühlöles ergibt.

Um bei nicht allzu hohen Pleuellagerbelastungen die Kosten für eine separate Bolzenzwangsschmierung einzusparen, können in der oberen Hälfte des Pleuelstangenkopfes Zufuhrkanäle zur Bolzenschmierung angeordnet sein.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung kann der Übergangs· bereich vom Kolbenboden zum Kolbenschaft zwecks Intensivierung der Wärmeabfuhr so ausgebildet sein, daß die Kontur des Kolbeninnenraumes bis auf die Höhe der Kolbenringnuten hochgezogen ist und daß der innere Umfang des Kolbenschaftes mit in Kolbenachse verlaufenden Rippen versehen ist.

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Zur weiteren Unterstützung der Kühlwirkung sowie zur Erhöhung der Värmeübergangszahlen ist vorgesehen, daß der Kolbenschaft im Kolbeninnenraum mehrere übereinander angeordnete ringförmige Gltaschen zur vorübergehenden Ansammlung von Kühlöl aufweist.

Um das relativ heiße Kühlöl nach dem Austritt aus dem Shakerraum teilweise sofort an der vergleichsweise kalten Zylinderwand abkühlen zu können, wird vorgeschlagen, daß die Auffangwanne am äußeren Umfang mit Offnungen zur gezielten Ülbeaufschlagung der Zylinderwand versehen ist.

Als weiteres Merkmal der Erfindung kann die Auffangwanne entweder mit dem Kolbenschaft fest verbunden oder an vom Kolbenbolzen gehaltenen Laschen befestigt sein.

In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1, k, 6 und 7 jeweils einen Axiallängsschnitt durch

einen Kolben mit Auffangwanne,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Kolben nach

der Linie II-II in Fig. 3»

Fig. 3 einen Schnitt durch den Kolben nach

der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 5 einen Schnitt durch den Kolben nach

der Linie V-V in Fig. k und

Fig. 8 einen Schnitt durch den Kolben nach

der Linie VIII-VIII in Fig. 7.

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Ein für Hubkolben-Brennkraftmaschinen vorgesehener Kolben 1 gemäß den Fig. 1 bis 8 weist an seinem unteren Ende eine

auf

das Kühlöl auffangende Auffangwanne 2/, die den Kolbeninnenraum 3 teilweise abschließt.

Die Auffangwanne kann aus Blech, Kunststoff oder Aluminium-Druckguß in ebener, verrippter, gesickter oder gebörde^lter Ausführung bestehen und am Kolbenschaft k angeschweißt, eingeklebt, eingepreßt, ein- oder angeschraubt sein.

Die· Auffangwanne 2 weist eine rechteckige Öffnung 5 für den Durchtritt einer Pleuelstange 6 auf, wobei die Öffnung 5 einen zum Kolbeninnenraum hin hochgezogenen Rand 7 bzw. Bördel hat, über den in der Auffangwanne 2 angesammeltes Kühlöl abfließt. Die Höhe des Randes 7 bzw. Bördeis an der Öffnung 5 ist maßgebend für den Füllungsgrad in dem Kolbeninnenraum 3·

Die Ölzufuhr erfolgt über eine Steigbohrung 8 in der Pleuelstange 6 und über eine Ringnute 9 in der Pleuelbuchse 10 zu einer zentrisch am kleinen Pleuelauge 11 angeordneten Düse 12 (Fig. -1).

Falls die zu kühlenden Zonen hauptsächlich versetzt zur Kolbenbodenmitte liegen, kann die Düse 12 auch außenmittig oder könne nach Fig. k mehrere Düsen 12a und 12b angeordnet sein. Der Schwenkwinkel des Pleuels und die Strahllängen bestimmen die als Linien erscheinenden Strahlauftreffbereiche.

Die in Fig. 6 gezeigte Ölzufuhr wird über eine fest an das Kurbelgehäuse (nicht dargestellt) angebrachte Düse 13 erreicht, deren Achse 1^ parallel zur Kolben- bzw. Zylinderachse 15 verläuft. Hierbei ergibt sich ebenfalls ein punktförmiges Auftreffen des Kühlöles an der Kolbeninnenkontur. Falls der Aufftreffbereich zu klein ist, kann die Achse Ik der Düse 13 im spitzen Winkel zur Zylinderachse 15 angeordnet sein.

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Neben der rechteckigen Öffnung 5 für die Pleuelstange 6 ist eine weitere, runde Öffnung l6 für die Düse 13 vorgesehen. Anstelle der runden Öffnung l6 kann gemäß Fig. 7 und 8 die rechteckig ausgebildete Öffnung 5 eine der Diisenform angepaßte Aussparung 17 aufweisen.

Bei der Anordnung der Düse 13 ist durch den Einfluß der Auffangwanne 2 der Ölvorrat in dem Kolbeninnenraum 3 so reichlich, daß eine sonst übliche Bolzenzwangsschmierung entfallen kann. Die jetzige Bolzenschmierung erfolgt durch das im Kolbeninnenraum vorhandene Öl, das über in dem Pleuelstangenkopf l8 angeordnete Zuführkanäle 19 gemäß Fig. 6 zu den Schmierstellen gelangt.

Gemäß Fig. k und 5 befinden sich am äußeren Umfang der Auffangwanne 2 Öffnungen 2o, über die das heiße Öl durch die Massenkräfte in Richtung Zylinderwand 21 ausgestoßen wird. Neben dem Rückkühleffekt infolge des sich an der kühlen Zylinderwand abkühlenden Öles werden optimale Laufverhältnisse für Kolben, Kolbenringe und Zylinderlaufbahn erreicht. Ferner ist mit Hilfe dieser öffnungen 21 eine gleichmäßige 01-verteilung über den ZyIinderumfang möglich.

Der Kolbeninnenraum 3 ist gemäß Fig. k und 5 so gestaltet, daß die Innenkontur bis auf die Höhe der Kolbenringnuten 22 hochgezogen ist. Rippen 23 erstrecken sich von dem unteren Bereich des Kolbenschaftes k bis zum Kolbenboden.

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Eine andere verrippte Ausführungsform des Kolbeninnenraumes 3 ist in Fig. 7 gezeigt. Dort verlaufen mehrere übereinander angeordnete, als Öltaschen ausgebildete ringförmige Rippen 24 am inneren Umfang des Kolbenschaftes 4 und dienen zur Unterstützung der Kühlwirkung - ebenso wie in
dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4.

Neben den anfangs in der Beschreibung erwähnten Befestigungsarten der Auffangwanne 2 ist gemäß Fig. 2 und 3 eine Befestigung gewählt, bei der die in den Kolbenschaft eingepaßte Auffangwanne 2 durch zwei Laschen 25 in ihrer Position gehalten ist. Die Laschen 25 sind auf den Kolbenbolzen aufgeschoben und zwischen Pleuelkopf und den Bolzenaugen des Kolbens 1 gelegt.

Zweckmäßigerweise ist der Querschnitt der öffnung 5 derart groß ausgebildet, daß die Pleuelstange 6 unter Berücksichtigung des maximalen PleuelschwenkwinkeIs gerade noch frei hindurchgeht.

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Claims

- 7 - Daim 10 6fr 3 A

Ansprüche

.\ Mit Spritzöl gekühJter Kolben für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbeninnenraum (3) durch eine am unteren Ende des Kolbens (1) angeordnete, mit einer Öffnung (5) für den Pleuelstangendurchtritt versehene Auffangwanne (2) abgeschlossen ist.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pleuelstange (6) zum Zuführen von Öl Kanäle (8,9) mit mindestens einer am Pleuelkopf angeordneten Düse (12, 12a, 12b) aufweist.
3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenachse (ifr) oder -achsen (ifra, ifrb) bei nicht ausgeschwenkter Pleuelstange (6) auf den Kolbenboden gerichtet sind.
k. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Düse (13) am Kurbelgehäuse fest angebracht ist und daß die Öffnung (5) für die Pleuelstange (6) gleichzeitig Öffnung für die Düse (13) ist oder daß eine zusätzliche Öffnung (16) in der Auffangwanne (2) vorgesehen ist.
5. Kolben nach Anspruch h, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Öffnung (5 oder 16) hindurchgehende Ölstrahl auf den Kolbenboden auftrifft.
6. Kolben nach den Ansprüchen k und "5 t dadurch gekennzeichnet, daß in der oberen Hälfte des Pleuelkopfes Zuführkanäle (19) zur Bolzenschmierung angeordnet sind.

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7· Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des Kolbeninnenraumes bis auf die Höhe der Kolbenringnuten (22) hochgezogen ist und daß der innere Umfang des Kolbenschaftes (h) mit in Kolbenachse (15) verlaufenden Rippen (23) versehen ist.
8. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Umfang des Kolbenschaftes (k) mehrere übereinander angeordnete ringförmige Öltaschen (2k) zur vorübergehenden Ansammlung von Kühlöl aufweist.
9. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (2) am äußeren Umfang mit Öffnungen (20) zur gezielten Ölbeaufschlagung der Zylinderwand (21) versehen ist.
10. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (2) mit dem Kolbenschaft (h) fest verbunden ist.
11. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangwanne (2) an vom Kolbenbolzen gehaltenen Laschen (25) befestigt ist

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