DE2921889A1

DE2921889A1 - Innenseitig gekuehlter kolben fuer hubkolben-brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2921889A1
Application number: DE19792921889
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Melzer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1979-05-30
Publication date: 1980-12-04
Also published as: FR2457979A1; GB2050564B; GB2050564A; IT1130656B; FR2457979B3; IT8022257A0

Description

BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 8000 München

Innenseitig gekühlter Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen

Die Erfindung betrifft einen innenseitig gekühlten Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen gemäß der im Oberbegriff des HauptanSpruches angegebenen Bauart.

Ein derartiger Kolben ist auf Seite 254 des in 3. Auflage erschienenen Buches "Der sehne Häufende Verbrennungsmotor" von Ricardo, dargestellt. Bei diesem Kolben ist der den Kühlmittelstrahl ablenkende Wandabschnitt in großem Abstand und flach verlaufend über die niedere Seitenbegrenzung des Shaker-Kühlkanals hinweggeführt. Ein Teil des zugeführten Kühlmittels ist bei bewegtem Kolben über die von niederer Seitenbegrenzung und benachbartem Wandabschnitt begrenzte Öffnung in das Kolbeninnere ausgeworfen. Durch die vorbeschriebene Gestaltung des Wandabschnittes kann aber mehr an Kühlmittel aus dem Shaker-Kühlkanal ausgeworfen werden als für eine ausreichende Kolbenkühlung zuträglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kolben der angegebenen Bauart im Bereich der öffnung zum Shaker-Kühlkanal für den Kühlmittelaustausch so zu verbessern, daß die Kühlmittelverluste verringert sind.

Gelöst ist diese Aufgabe mit den im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Mitteln.

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Mit der Erfindung ist der Vorteil eines wesentlich geringeren Verlustes an Kühlmittel erreicht. Wesentlich hierfür ist der im Anschluß an die Seitenbegrenzung über einen Teilabschnitt der Kanalbreite relativ stark geneigt und/oder gekrümmt weitergeführte Wandabschnitt. Gegen diesen Wandabschnitt geschleudertes Kühlmittel wird dadurch von der öffnung weg in den oberen Bereich des Shaker-Kühlkanals umgelenkt.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 2 und 3 ist die Erfindung vorteilhaft weitergebildet. Hiernach ist der Wandabschnitt ein wesentlicher Teil eines Shaker-Kühlkanals mit einer Querschnittsform, durch die das Kühlmittel bei bewegtem Hubkolben in einen Umlauf versetzt und damit gezielt an der Öffnung vorbeigeführt ist. Das über den zur Kolbenlängsachse relativ stark geneigt oder gekrümmt verlaufenden Wandabschnitt in Umlauf versetzte Kühlmittel ergibt durch seinen innigen Wandkontakt im Shaker-Kühlkanal in weiterer vorteilhafter Weise eine intensive Kühlung des Hubkolbens.

Mit der Erfindung ist neben den Vorteilen eines geringen Kühlmittelverlustes und einer wirksamen Kolbenkühlung durch intensiv bespülte Wandflächen ein weiterer Vorteil erzielt. Dieser ist in der Verwendung einer bekannten, gestellfest angeordneten Kühlmittel-Spritzdüse zu sehen. Die Zufuhr des Kühlmittels zum Shaker-Kühlkanal über eine gestellfeste Spritzdüse ist wesentlich weniger aufwendig als die Zufuhr des Kühlmittels über ein mit einer Sprit2§inrichtung auggebild©teB Pleuel des Kolbens. Da der Wandabschnitt zudem eine relativ große Fläche darstellt, entfällt ein besonders genaues und damit teueres Ausrichten der Spritzdüse. Die Spritzdüse kann ferner so ausgerichtet sein, daß der Kühlmittel-

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strahl nur während eines vorbestimmten Hubweges des Kolbens auf den Wandabschnitt auftrifft und ansonsten auf weitere Bereiche der Kolbeninnenseite. Damit ist aber neben einer intensiven Shaker-Kühlwirkung auch eine wirksame Spritzkühlung des Hubkolbens erreicht.

In weiteren Unteransprüchen sind zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Ausführungsbeispiele eines innenseitig gekühlten Kolbens nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt.

Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 einen Kolben mit einem Shaker-Kühlkanal, dessen hohe Seitenbegrenzung parallel zum Wandabschnitt ausgebildet ist,

Fig. 2 einen Kolben mit einem Shaker-Kühlkanal gemäß Fig. 1 in Gußausführung,

Fig. 3 einen Kolben mit einem im Querschnitt abgewandelten Shaker-Kühlkanal.

Ein Hubkolben 10 für eine nicht dargestellte Brennkraftmaschine weist an seiner Innenseite 11 einen im Bereich von Kolbenringnuten 12 an den Kolbenboden 13 angrenzenden Shaker-KUhlkanal 14 auf. Der Shaker-Kühlkanal 14 weist mindestens über einen Abschnitt seiner Erstreckung eine niedrige Seitenbegrenzung 15 auf, der ein Wandabschnitt 16 der Kolbeninnenseite 11 zum Ablenken eines gemäß Pfeil A ausgerichteten Kühlmittelstrahles in den Shaker-Kühlkanal 14 benachbart ist. Der Wandabschnitt erstreckt sich über den Bereich der Kolbenringnuten 12 und ist über die Seitenbegrenzung 15 und wenigstens einem Teilabschnitt der Kanalbreite B in Höhe des' Kühl-

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mittelspiejjels 17 relativ stark geneigt und gekrümmt hinweggeführt. Wie aus der Fig. 1 weiter ersichtlich, ist der Wandabschnitt 16 in geringem Abstand über die niedere Seitenbegrenzung 15 hinweggeführt. Dabei können die jeweiligen Entfernungen des Wandabschnittes 16 zum freien Rand der Seitenbegrenzung 15 quer zur Kolbenlängsrichtung und in Kolbenlängsrichtung etwa gleich groß sein.

Beim Shaker-Kühlkanal 14 sind die Kühlmittelverluste über die von Wandabschnitt 16 und Seitenbegrenzung 15 begrenzte Öffnung 18 nicht nur durch die vorbeschriebene Gestaltung des Wandabschnittes 16 klein gehalten. Die Kühlmittelverluste sind auch durch die besondere Gestaltung des Shaker-Kühlkanals 14 im Anschluß an den Wandabschnitt 16 gering gehalten. So ist die andere, hohe Seitenbegrenzung 19 des Shaker-Kühlkanals 14 mit etwa der Neigungsrichtung des Wandabschnittes 16 angeordnet. Die hohe Seitenbegrenzung 19 steht mit dem Wandabschnitt durch einen verrundeten Übergang 20 in Verbindung und mit der niederen Seitenbegrenzung 15 durch einen verrundeten Übergang 21. Dies ergibt für den Shaker-Kühlkanal 14 einen etwa ovalen Querschnitt mit zur Bewegungsrichtung des Hubkolbens 10 schräg gerichteter Längsachse. Dadurch ist das Kühlmittel im Shaker-Kühlkanal 14 bei Hubbewegungen des Kolbens 10 in einen Umlauf gemäß Pfeil C versetzt. Bei geringen Kolbengeschwindigkeiten ist das Kühlmittel an der Öffnung 18 zum Wandabschnitt 16 vorbeigeführt. Bei hohen Kolbengeschwindigkeiten wird dagegen das im wesentlichen vernebelte Kühlmittel in Form von Tropfen auf dem Wandabschnitt 16 abgelagert, wobei die Tropfen einen Kühlmittelfilm bilden, der in Pfeilrichtung C bewegt ist. Das Kühlmittel hat somit bei verschiedenen Kolbengeschwindigkeiten stets einen innigen Wandkontakt, wodurch gute Wärmeübergangszahlen erreicht sind.

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Beim Hubkolben 10 ist der Shaker-Kühlkanal 14 zum einen vom Kolben 10 selbst und zum anderen von einem separaten Teil 22 gebildet. An diesem separaten Teil 22 ist die niedere Seitenbegrenzung 15 so ausgebildet, daß sie dem an der Kolbeninnenseite 11 über den Bereich der Kolbenringnuten 12 sich erstreckenden Wandabschnitt 16 in einem Abstand gegenüberliegt. Auf die somit im Umfangsbereich an der Kolbeninnenseite 11 gelegene Kühlmittelzufuhr-Öffnung 1ci kann eine an der Brennkraftmaschine gestellfest angeordnete Spritzdüse 23 ausgerichtet sein.

Aus der Fig. 1 ist weiter zu entnehmen, daß das separate Teil 22 einerseits mit dem Kolbenboden 13 und andererseits mit dem Steg 24 eines bügeiförmigen Elementes 25 in Verbindung steht, wobei am Steg 24 angeordnete Schenkel, von denen der gezeigte mit 26 bezeichnet ist, mit Einrichtungen zur Verbindung mit dem Kolbenbolzen 27 ausgebildet sind.

Die Fig. 2 zeigt einen dem Kolben 10 in Fig. 1 ähnlichen Hubkolben 110 mit einem ausschließlich durch Gießen hergestellten Shaker-Kühlkanal 114. Hierbei begrenzt der einen Kühlmittelstrahl gemäß Pfeilrichtung D oder Pfeilrichtung E in den Shaker-Kühlkanal 114 ablenkende Wandabschnitt 116 einen am Kolbenboden 113 angeordneten Fortsatz 128. Auf die näher der Kolbenmitte gelegene Kühlmitte lzufuhr-üffnung 118 kann eine gestellfest angeordnete Spritzdüse 123 gerichtet sein oder eine Spritzdüse am oberen Auge einer nicht dargestellten Pleuelstange.

Die Fig. 3 zeigt einen Hubkolben 210 mit einem ähnlich wie beim Kolben 110 der Fig. 2 durch Gießen ausgebildeten Shaker-Kühlkanal 229. Beim Shaker-Kühlkanal 229 schließt dessen hohe Seitenbegrenzung 230 mit dem relativ steil über die niedere Seitenbegrenzung 215 hinweg-

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geführten Wandabschnitt 216 am Fortsatz 228 einen spitzen Winkel ein. Die etwa vertikal ausgerichtete Seitenbegrenzung 230 schließt über einen verrundeten Übergang 231 an den etwa horizontalen Boden 232 des Kühlkanals 229 an. Durch diese Gestaltung ist erreicht, daß die
wesentliche Kühlmittelmenge dem steil ansteigenden Wandabschnitt 216 gegenüberliegt und somit die weiter oben beschriebene Wirkung auch hier gegeben ist. Durch die öffnung 218 zwischen der Seitenbegrenzung 215 und dem Wandabschnitt 216 kann über eine gestellfeste Düse oder über eine am Pleuelauge vorgesehene Düse ausgespritztes Kühlmittel dem Shaker-Kühlkanal 229 zugeführt sein.

Die Gestaltung des Shaker-Kühlkanals ist nicht auf den Bereich der Öffnung für den Kühlmittel-Austausch beschränkt.

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Claims

BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT, 8000 München

Innenseitig gekühlter Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen

Patentansprüche

( 1 Λ Innenseitig gekühlter Kolben für Hubkolben-Brennkraftmaschinen, mit einem im oberen Bereich angeordneten Shaker-Kühlkanal, der mindestens abschnittsweise eine niedrige Seitenbegrenzung aufweist, wobei ein dieser Seitenbegrenzung benachbarter Wandabschnitt der Kolbeninnenseite zum Ablenken eines Kühlmittelstrahles in den Shaker-Kühlkanal ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (16, 116, 216) sich radial über die niedrige Seitenbegrenzung (15, 115f 215) und wenigstens über einen Teil der Kanalbreite (B) relativ stark geneigt und/ oder gekrümmt hinweg erstreckt.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die andere, hohe S§it§nbegrenzung (19, 119) d§8 Shaker-Kühlkanals (14, 11A) mit etwa der Neigungsrichtung des Wandabschnittes (16, 116) angeordnet ist.

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3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hohe Seitenbegrenzung (19» 119» 230) sowohl mit dem Wandabschnitt (16, 1i6_f 216) als auch mit der niederen Seitenbegrenzung (15, 115 bzw. über Boden 232 mit 215) Jeweils durch einen verrundeten Übergang in Verbindung steht.
4. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dai3 der Wandabschnitt (16, 116, 216) in geringem Abstand über die niedere Seitenbegrenzung (15» 115, 215) hinweggeführt ist, wobei die jeweiligen Entfernungen des Wandabschnittes zum freien Rand der Seitenbegrenzung quer zur Kolbenlängsirichtung und in Kolbenlängsrichtung etwa gleich groß sein können.
5. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einem im Kolben ausgeformten Shaker-Kühlkanal, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandabschnitt (116, 216) einen am Kolbenboden (113, 213) angeordneten Fortsatz (128, 228) begrenzt.
6. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Kolben, dessen Shaker-Kühlkanal in dem vom Kolbenboden entfernten Abschnitt durch ein separates Teil begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die am separaten Teil (22) angeordnete niedere Seitenbegrenzung (15) des Kühlkanals (14) einem an der Kolbeninnenseite (11) über den Bereich der Kolbenringnuten (12) sich erstreckenden Wandabschnitt (16) zugeordnet ist.

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Kolben nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das separate Teil (22) einerseits mit dem Kolbenboden (13) und andererseits mit dem Steg (24) eines bügeiförmigen KLementes (25) in Verbindung steht, wobei am Steg angeordnete Schenkel (26) sich gegen den Kolbenbolzen (27) abstützen.

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