DE2545588A1 - Kolben fuer brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotoren - Google Patents
Kolben fuer brennkraftmaschinen, insbesondere dieselmotorenInfo
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Description
Anmelder: Herren Ludwig Eisbett, Ing.-grad.
Günter Eisbett
8543 Hilpoltstein / BRD
Vertreter: Fritz M e r t e η
Patent- und Zivilingenieur
8501 Schwärzenbruck Brückkanalstraße 25
Zustellungsbevollmächtigter: siehe Vertreter
Schwärzenbruck, 3. Oktober 1975
Titel: Kolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere
Dieselmotoren
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für Brennkraftmaschinen,
insbesondere Dieselmotoren, mit einen im-Kopf des Kolbens angeordneten Brennraum, wobei der.
Kopf des Kolbens vorzugsweise als Ringträger ausgeführt und von einem diesen mit einem Fuß des Kolbens verbindenden
Mantel gestützt ist, welcher Mantel wiederum den .Brennraum teilweise umschließt und der Brennraum selbst
zumindest im Bereich seiner Brennraumöffnung wärmedämmende Mittel zwischen sich und dem Mantel aufweist sowie
der Ringträger an seiner einen Zylinder zugewandten Seite mindestens ein Dichtmittel aufweist.
709815/06 3 3
Es ist im modernen Bau von Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, seit längerem bekannt» daß eine
Optimierung der Verbrennungsabläufe zwischen Kraftstoff- und Luftbestandteilen besonders dann möglich ist, v-renn
diese Bestandteile neben einer guten Durchnischung in einem Brennraum auch in deren Temperierung aufeinander
abgestimmt v/erden, da wie de run eine Optimierung öler Temperierung
der Kraftstoff-Luftgemische eine Verbrennung derselben mit möglichst geringen Schadstoffemissionen
ermöglicht. Um diese Temperierung des Brennraumes und mithin auch der Kraftstoff-Luftbestandteile zu erreichen,
ist es ferner bekannt, die Brennräume mit Auskleidungen zu versehen und diese Auskleidungen so auszuführen, daß
eine Temperierung des Brennraur.es in der Art erfolgt,
daß beispielsweise in einem kugelförmigen Brennraum im Bereich dessen Brennraumöffnung eine sehr heiße Zone,
im .Bereich dessen Brennraumbocens hingegen eine "kalte",
d. h. weniger heiße Zone, sich befinden.
Ein bekannter Kolben mit zentralem Brennraum für Sinspritz-Brennkraftmaschinen
dieser Art v/eist einen beispielsweise kugelförmigen Brennratira auf, welcher am ICopf
eines Kolbens angeordnet und dort im Bereich der Brennraumöffnung die der Wärmedämmung dienenden I-Iittel aufweist.
Die wärnedämmenden Mittel sind bei diesem Kolben
in Form .eines Einsatzes ausgeführt, dessen Tiefe in ö.en
Brennraum, d. h. dessen Gürtelabschnitt von der Brennraumöffnung in Richtung Brennraumboden, nur soweit ausgeführt
ist, wie der Kraftstoffstrahl bei Leerlauf der Brennkraftmaschine in den Brennraum hineintaucht. Dieser
Einsatz, der wie bereits.ausgeführt, im Bereich der Brennraumöffnung vorgesehen ist, ist bei der bekannten
Ausführung vorzugsweise zur Brennra.uromitte" hin eingeschnürt,
so. daß die im Brennraum zur Verbrennung gebrachten Kraftstoff-Luftbestandteile während des Ausstoßes
derselben aus dem Br?i-nraur. r.och einmal an. den
- 3 709815/0633
eingeschnürten Stellen des Einsatzes vorbeistreichen
und dort, sofern sie nicht schon verbrannt dorthin gelangen, noch zur Verbrennung gebracht werden. Dadurch
■wird der Anteil von Abgasemissionen verringert, da nur
verbrannte Teile aus dem Brennraum in ein .Auspuffsystem
geblasen v.'ercen. Durch den Einbau des wärnedammenden
Einsatzes in Brennraum wird neben der Optimierung der
Tempora türen ira Brennraum zudem erreicht, daß der UärmefluB
zu öin?i."i r 1ε Dichteantel ausgeführten Ringträger
weitgehend tjnterbunden und somit die an diesem sitzenden
Dichtmittel vor starter Überhitzung entsprechend geschützt
werden. Bei Brennkraftmaschinen, insbesondere solche für hohe Leistungen, hat sich ergeben, dai3 eine
'veitergehende Temperierung des Brennraumes und eine weitergehende Unterbindung der V.'ärmeflüsse aus dem Brenn-.
raum, insbesondere in den Ringträger, erwünscht- wäre (vgl,
DT-P3 1 576 013).
Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, den Brennraum eines PIoIbens dieser Art dahingehend
noch weiter gegen WarneVerluste1 zu isolieren,
daß neben dem Schutz der Dichtmittel eine v/eitergehende Temperierung des Brennraumes und damit auch eine Optimierung
des Verbrennungsablaufes erzielt werden.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Kolben der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß zusätzlich
zu den wärmedämmenden Mitteln des Brennraumes weitere
wärmedämmende Kittel am Hantel zwischen diejsem und dem Ringträger und/oder Fuß des Kolbens vorgesehen sind,
und daß der Kolben über einen zwisehen der Ebene der
Brennraumöffnung und einem dieser benachbarten D liegenden Abschnitt am Zylinder anliegt.
chtung
Durch diese zusätzliche Isolierung des Brennraumes wird nicht nur die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
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vorteilhaft'gelöst, sondern ea wird zudem ermöglicht,
daß der Kolben mit seinem zwischen der Ebene der Brennraumöffnung und dem nächstliegenden Dichtring vorgesehenen
Kantelebschnitt am Zylinder anliegt und somit dieser Abschnitt nicht mehr als sogenannter Feuersteg
ausgeführt zu werden braucht. Das Anliegen dieses Mantelabschnittes am Zylinder ergibt ferner den Vorteil,
daß der der Ebene der Brennraunöffnung nächstliegende Dichtring von dem Gasdruck während der Verbrennungsphase
der Kraftstoff-Luftbestandteile nicht mehr so stark beansprucht
wird, so daß dieser Dichtring langer den gestellten Anforderungen genügt. Sin weiterer Vorteil dieser
Maßnahmen ergibt sich dadurch, daß durch das Heran- .
führen dieses Hantelabschnittes an die Zylinderwand zwischen diesem Abschnitt und der Zylinderwand kaum schmirgelnde
Additive oder Kohl sich bilden können, die einen erheblichen Verschleiß des Kolbens und insbesondere dessen
Dichtringe verursachen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung zeichnet
sich ferner dadurch aus, daß die wärmedämmenden Mittel am Mantel als Einschnürungen desselben ausgeführt sind.
Sine solche Wärmedämmung durch Einschnürungen läßt sich
nicht nur einfach herstellen, sondern auch leichter an die gewünschte Stelle des Mantels anbringen, wodurch eine
erhebliche Wärmedämmung erzielt werden kann.
Versuche mit erfindungsgemäßen Kolben haben ferner ergeben, daß die gewünschte Wärmedämmung bereits· dann erzielt
v/erden kann, wenn eine Einschnürung zwischen dem Ringträger und dem Mantel im Bereich der Ebene der Brennraumöffnung und eine weitere Einschnürung zum Brennraumunterteil
im Bereich des Bodens des Brennraumes vorgesehen sind.
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Auch hat es sich insbesondere aus FertigungsgrUnden ergeben, daß es von Vorteil ist, wenn der Mantel zumindest
ab der Einschnürung zwischen ihm und dem Ringträger bis zur Einschnürung im Bereich des Brennraumbodens rotationssymmetrisch
ausgeführt ist.
In der. Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsnittelschnitt durch einen Kolben mit den erfindungsgemäß ausgeführten Wärmedämmungen,
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 1 eingekreisten Details und
Fig. 3 einen Schnitt durch den Kolben in der Ebene I-I
in Fig. 1.
An einem Kolben 1 mit vorzugsweise getrenntem Dichtnantel
2 und in der Zeichnung nicht mehr dargestellten Führungsmantel ist im Bereich des Kolbenkopfes ein der einfacheren Darstellung wegen als rotationssymmetrischer
Körper ausgeführter Brennraum 3 vorgesehen, welcher von einem Hantel 4 teilweise umschlossen wird, und welcher
Hantel eine Verbindung zwischen dem Dichtmantel 2 und
einem Fuß 5 des Kolbens 1 bildet·. Der Dichtmantel 2, der hier in Form eines Ringträgers 6 ausgeführt ist, weist
an-seiner einem Zylinder 7 zugewandten Seite Ringnuten 8 auf, in denen die am Zylinder schleifenden und den
Kolben 1 gegen den Zylinder dichtenden Dichtringe 9 eingelegt sind. Um dabei eine für die optimale Verbrennung
zwischen Kraftstoff- und Luftbestandteilen notwendige Temperierung des Brennraumes 3 zu erhalten, ist im
Brennraum, insbesondere im Bereich dessen Brennr&umeffnung
-10, ein wärmedämmeiider Einsatz 11 vorgesehen,
welcher so ausgeführt ist, daß er einen Vsrraeflui: aus
dem'Brennraum 3 über'den Hantel 4 in den Ringträger 6
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weitgehend unterbinden kann. Der Einsatz 11, der beispielsweise aus einem schlecht wärmeleitenden Merkstoff,
beispielsweise einem Kohlenstoff oder einem hohlen Metallring bestehen kann, kann neben seiner eigenen
wärmedämmenden Eigenschaft noch zusätzlich gegen den Mantel 4 wärmeisoliert sein, wobei sich in einem solchen
Fall eine weitere Wärmedämmung in Form eines Luftspaltes 12 anbietet. Um den Warmefluß aus der Verbrennung
der Kraftstoff-Luftbastandteile aus dem Brennraum 35
insbesondere in den Ringträger 6, noch weiter zu unterbinden, sind am Kantel 4 weitere Wärmedämmungen vorgesehen,
welche der Einfachheit halber als Einschnürungen 13>
13 des Mantels ausgeführt und von denen eine Einschnürung 13 im Bereich der Ebene der BrennraumÖffnung
10 zwischen dem Mantel 4 und dem Ringträger 6 und eine weitere Einschnürung 13 am Mantel im Bereich des Bodens
14 des Brennraumes 3 vorgesehen ist. Durch diese Einschnürungen 13, 13 am Hantel 4 wird sichergestellt, daß
die Wärmeabfuhr nur über den Boden 14 des Brennraumes
in den Fuß 5 des Kolbens 1 erfolgen kann, axis welchem
Fuß diese Wärme noch zusätzlich durch Einspritzung eines Kühlmittels, wie beispielsweise eines Kühlöls, relativ
schnell abgeführt werden kann. Durch diese Wärmedämmung
des Brennraumes 3 und der damit zusammenhängenden Unterbindung des Wärmeflusses aus dem Brennraum 3 in den Ringträger
6 wird sichergestellt, daß die an ihm sitzenden Dichtringe 9 weitgehend von Wärmeeinwirkungen entlastet
werden, so daß sie die ihnen obliegende Aufgabe, nämlich den Kolben 1 gegen den Zylinder 7 abzudichten, voll erfüllen
können. Durch diese annähernd völlige Unterbindung des Wärmeflusses zum Ringträger 6 und damit zum
Dichtmantel 2 wird ferner erreicht, daß insbesondere dessen Abschnitt 15 (Fig. 2) zwischen der Ebene der
Brennraumöffnung 10 und dem dieser nächstliegenden Dichtring 9 nicht mehr als sogenannter Feuersteg ausgeführt
zu werden braucht, sondern als Dichfcientel, der ε.η-
— 1 —
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-3
nähernd bis an den Zylinder 7 herangeführt werden kann. Durch dieses Heranführen dieses Abschnittes 15 bis annähernd
an den Zylinder 7 wird sichergestellt, daß zum
einen in dem Zwischenraum 16 zwischen Ringträger 6 und Zylinder 7 am Abschnitt 15 weder Öl zu Kohle verbrannt,
noch sonstige schmirgelnde Additivaschen sich dort anlagern können, die infolge ihrer enormen Aggressivität
sowohl den Zylinder 7 als" auch die Dichtringe 9 und deren Ringnuten 3 angreifen können. Durch diese weitgehende
Unterbindung der l,rarmeabfuhr at<s dem Brennraum 3 in den
Ringträger 6 kann das Kolbenschleifbild so ausgeführt
werden, daß schon am kalten Kolben 1 der größere Durchmesser D zwischen der Ebene der Brennrau2r>öffnung 10 und
dem obersten Dichtring 9 und der kleinere Durchmesser d am entgegengesetzten Ende des Kolbens 1 liegt. Im warmen
Zustand bzw. bei Erwärmung des Kolbens 1 wächst insbesondere
dieser Abschnitt 15 des Dichtmantels radial weiter an, so daß dieser Abschnitt voll am Zylinder 7
anliegt, wo er sich wiederum 'soweit abkühlt, daß ein zwischen Zylinder und diesem Abschnitt befindender Ölfilm
als Dichtmanschette sich halten kann.
In der Zeichnung in Fig. 1 sind die Einschnürungen 13,
13 der besseren Darstellung wegen als stark ausgeprägte Ererben ausgeführt worden, 3s ist jedoch durchaus denkbar,,
diesen Einschnürungen 13, 13 auch andere Formen zu geben, wobei nur darauf zu achten ist, daß der Effekt
der Wärmedämmung voll erhalten bleibt.
Um die Fertigung des Kolbens 1 weitgehend zu vereinfachen, ist dessen den Ringträger 6 mit dem Fuß 5 des
Kolbens verbindende Mantel 4 als rotationssymmetrisches Teil ausgeführt, und es ist lediglich der Fuß 5 des Kolbens
als ein nicht rotationssymmetrisches Teil, nämlich als Gelenkgabel 17» ausgeführt. Dieses nicht rotationscyrimetrieche
Teil, z. B. ara FtliS 5'des Kolbens 1, kann
709815/0633
dabei unterhalb des Bodens 14 des Brennraumes 3 beginnen und sich über den Abschnitt erstrecken,, der die
Gelenkgabel 17 für ein Bolzenlager 18 aufnimmt. Über dieses Bolzenlager 15 ist der Fuß 5 des Kolbens 1 en
einem in der Zeichnung nicht dargestellten Pleuel eines Kurbeltriebes angeschlossen, und es ist an diesem Pleuel
auch das nicht dargestellte Führungsmittel des Kolbens verbunden.
In der Darstellung des Kolbens gemäß Fig. 1 ist die eine Einschnürung 13 am Hantel 4 im Bereich des Bodens 14
des Brennraumes 3 vorgesehen. Dies schließt nicht aus, daß statt einer solchen Einschnürung 13 das wärmedämmende
Mittel durch weitere radiale Ausdehnung des Brennraumes 3 im Bereich des Bodens 14 gebildet wird. Entscheidend
dabei ist nur, daß an dieser Stelle eine Einschnürung des Kanteis vorgenommen wird, um den Effekt·
der Wärmedämmung zu erzielen.
709815/0633
Claims (4)
- Anmelder: Herren Ludwig Eisbett, Ing.-grad.Günter Slsbett«543 Hilpoltstein / BRDVertreter: Fritz K e r t e ηFatent- und Zivilingenieur8501 Schvrarzenbruck Brückkanalstraßo 25Schwarzenbruck, den 3. Oktober 1975PATS K T A N S P R ü C H EKolben für Brennkraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, mit einem im Kopf des Kolbens angeordneten Brennraum, wobei der Kopf des Kolbens vorzugsweise als Ringträger ausgeführt und von einem diesen mit einem Fuß des Kolbens verbindenden Mantel gestützt ist, v/elcher Hantel wiederum den Brennraum teilweise umschließt und der Brennraum selbst zumindest im Bereich seiner Brennraumöffnung wärmedämmende Mittel zwischen sich und dem Mantel aufweist sowie der Ringträger an seiner einem Zylinder zugewandten Seite mindestens ein Dichtmittel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den wärmedänmienden Kitteln (11) des Brennraumes (3) v/eitere wärmedämmende Kittel (13, 13) am Mantel (4) zwischen diesem und709815/0633 jgfedem Ringträger (6) und/oder Fuß (5) des Kolbens (1) vorgesehen sind, und daß der Kolben über einen zwischen der Ebene der Brennraumöffnung (10) und einem dieser benachbarten Dichtring (9) liegenden Abschnitt (15) am Zylinder (7) anliegt.
- 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmedämmenden Mittel am Mantel als Einschnürungen (13, 13) des Kanteis (4) ausgeführt sind.
- 3. Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einschnürung (13) zwischen dem Ringträger (6) und dem Hantel (4) im Bereich der Ebene der Brennraumöffnung (10) und eine weitere Einschnürung (13) zum Brennraumunterteil im Bereich des Bodens (14) des Brennraumes (3) vorgesehen ist.
- 4. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel (4) zumindest ab der Einschnürung (13') zwischen ihm und dem Rinträger (6) bis zur Einschnürung (13) im Bereich des Bodens (14) rotationssymmetrisch ausgeführt ist.7Q9815/0833
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