DE3205173A1 - PISTON FOR COMBUSTION ENGINES USED WITH HEAVY OIL - Google Patents

PISTON FOR COMBUSTION ENGINES USED WITH HEAVY OIL

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DE3205173A1 DE19823205173 DE3205173A DE3205173A1 DE 3205173 A1 DE3205173 A1 DE 3205173A1 DE 19823205173 DE19823205173 DE 19823205173 DE 3205173 A DE3205173 A DE 3205173A DE 3205173 A1 DE3205173 A1 DE 3205173A1
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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Description

KARL SCHMIDT GMBH :,*;-: : ■ .·' · :' :li: FebruarKARL SCHMIDT GMBH:, *; -:: ■. · '· :' : Li: February

Christian-Schmidt-StfV 8/12 -'"···· ·« brq/uSCHWChristian-Schmidt-StfV 8/12 - '"···· ·« brq / uSCHW

7107 Neckarsulm · 3·7107 Neckarsulm · 3 ·

Prov. 8866 KSProv. 8866 KS

Kolben für mit Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen Piston for internal combustion engine operated with heavy oil n

Die Erfindung betrifft einen Kolben mit kühlölführenden Hohlräumen im aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Kolbenkopf für mit Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen.The invention relates to a piston with cooling oil conducting Cavities in the piston head made of an iron material for internal combustion engines operated with heavy oil.

Der ständig steigende Bedarf an Leichtölen hat dazu geführt, daß der früher relativ breite Siedeschnitt von Schwerölen durch entsprechende Maßnahmen heute enger ist, mit der Folge, daß die Konzentration der im Rohöl und damit im Schweröl enthaltenen schädlichen Bestandteile, wie Schwefel, Vanadium und Natrium, angestiegen ist. So können heute im Schweröl bis zu 5 % Schwefel enthalten sein, wovon ca. 0,1 % bei der Verbrennung in Schwefeltrioxid umgewandelt wird und mit Hilfe von Wasserdampf Schwefelsäure bildet. Wenn die Temperatur der den Brennraum umgebenden Wandungen den Säuretaupunkt unterschreitet, kann sich die Schwefelsäure niederschlagen und Korrosion verursachen. Gefährdete Stellen sind insbesondere der Kolben im Bereich der Ringpartie, die Kolbenringe sowie die Zylinderwandung im OT-Bereich. Der durch Säurekorrosion erhöhte Verschleiß führt zu einem vergrößerten Gasdurchlaß und Ölverbrauch.The constantly increasing demand for light oils has led to that the previously relatively broad boiling section of heavy oils is narrower today due to appropriate measures, with the result that the concentration of the harmful components contained in the crude oil and thus in the heavy oil, such as Sulfur, vanadium and sodium has increased. Today, heavy oil can contain up to 5% sulfur, of which approx. 0.1% converted into sulfur trioxide during combustion and with the help of steam it forms sulfuric acid. When the temperature of the surrounding the combustion chamber Walls falls below the acid dew point, the sulfuric acid can precipitate and cause corrosion. Points at risk are in particular the piston in the area of the ring belt, the piston rings and the cylinder wall in the OT area. The increased wear caused by acid corrosion leads to an increased gas passage and oil consumption.

Zur Lösung dieses Problems ist es bereits bekannt, den Schmierölen alkalische Wirkstoffe zuzugeben, die die sauren und korrosiven Verbrennungsprodukte neutralisieren sollen; es bleiben dann Schwefelsäure, Kolben, Kolbenringe und Zylinderwandung durch den Schmierfilm voneinander getrennt, da die Schwefelsäure neutralisiert wird. Allerdings wird auch bei optimaler Schmierfilmausbildung und ausreichendem Neutralisationsvermögen die angestrebte Wirkung nicht voll erreicht, so daß Korrosionsschäden eintreten können.To solve this problem, it is already known to add alkaline active ingredients to the lubricating oils, which the acidic and neutralize corrosive combustion products; there then remain sulfuric acid, pistons, piston rings and cylinder wall separated from each other by the lubricating film, since the sulfuric acid is neutralized. However The desired effect is achieved even with an optimal formation of a lubricating film and sufficient neutralization capacity not fully reached, so that corrosion damage can occur.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs beschriebenen Kolben durch konstruktive Maßnahmen so zu gestalten, daß die Temperatur des Kolbens im Bereich der Ringpartie, wenigstens jedoch im Bereich der ersten Kolbenringnute, so angehoben wird, daß keine Unterschreitung des Säuretaupunktes der Schwefelsäure stattfindet.It is the object of the present invention to provide the piston described at the outset by constructive measures to shape that the temperature of the piston in the area of the ring belt, but at least in the area of the first Piston ring groove is raised so that it is not undershot the acid dew point of sulfuric acid takes place.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch auf dem Umfang im Bereich hinter der Ringpartie des Kolbens angebrachte Sacklöcher, in die jeweils ein aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehender Stab eingesetzt ist.The solution to this problem is provided by the circumference in the area behind the ring belt of the piston Blind holes into each of which a rod made of a material that conducts heat well is inserted.

Die Sacklöcher sind vorzugsweise von der Innenseite des Kolbens und nur in Ausnahmefällen vom Kolbenboden her angebracht. The blind holes are preferably made from the inside of the piston and only in exceptional cases from the piston crown.

Beim Kolben für mit Schv/eröl betriebenen Brennkraftmaschinen steigt die Außenflächentemperatur des Kolbenbodens radial von innen nach außen an, so daß im Normalfall die Temperatur des Randbereiches des Kolbenbodens radial von innen nach außen von ca. 250 auf ca. 350 0C zunimmt. Die Temperatur im Bereich der ersten Kolbenringnute beträgt· 100 - 120 0C, so daß derWhen piston for with SChv / eröl operated internal combustion engines, the outer surface temperature of the piston head increases radially from the inside to the outside, so that the temperature of the edge area of the piston head increases radially in the normal case from the inside to the outside of about 250 to about 350 0 C. The temperature in the area of the first piston ring groove is · 100-120 0 C, so that the

-Y--Y-

Säuretaupunkt der Schwefelsäure, der in Abhängigkeit vom Druck und vom Schwefelgehalt des Schweröls bis auf ca. 180 0C ansteigen kann, deutlich unterschritten ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehenden Stäbe hinter der Ringpartie des Kolbens gelingt es die Temperatur des Kolbens in diesem Bereich, insbesodnere jedoch im Bereich der ersten Kolbenringnute, auf ^L150 0C zu erhöhen, so daß die Gefahr der Unterschreitung des Säuretaupunktes für Schwefelsäure weitgehend beseitigt ist und die für die Bildung der Schwefelsäure anfallenden Komponenten mit den Abgasen ausgestoßen werden können.Is significantly below acid dew point of the sulfuric acid, which may increase depending on the pressure and on the sulfur content of the heavy oil to about 180 0 C. The inventive arrangement the group consisting of a highly thermally conductive material rods behind the ring belt of the piston, it is possible, the temperature of the piston in this area, however, focus particularly in the area of the first Kolbenringnute to increase ^ L 150 0 C, so that the risk of underflow of the acid dew point for sulfuric acid has largely been eliminated and the components resulting from the formation of sulfuric acid can be emitted with the exhaust gases.

Die Sacklöcher können parallel oder geneigt zur Kolbenlängsachse verlaufend angeordnet sein.The blind holes can be arranged to run parallel or inclined to the longitudinal axis of the piston.

Zweckmäßigerweise sind die vorzugsweise aus Kupfer oder Silber bzw. deren Legierungen bestehenden Stäbe in die Sacklöcher eingeschraubt oder eingeklebt.The rods, which are preferably made of copper or silver or their alloys, are expediently inserted into the Blind holes screwed in or glued in.

Um einen gezielten Wärmetransport vom Kolben her zu den Bereichen der Ringpartie des Kolbens, in denen eine Temperaturerhöhung zur Verhinderung der Unterschreitung des Taupunktes der Schwefelsäure notwendig ist, zu erreichen, stehen nur die Enden der einen taillierten Schaft aufweisenden Stäbe mit dem Kolben in unmittelbarem Kontakt.In order to achieve a targeted heat transfer from the piston to the Areas of the ring belt of the piston in which a temperature increase to prevent falling below the If the dew point of the sulfuric acid is necessary to reach, only the ends of the tapered shaft are available Rods in direct contact with the piston.

Eine Abwandlung der Erfindung ist darin zu sehen, daß in vom Kolbenboden her angebrachte mit einem Stopfen verschlossene Sacklöcher oder in einen entsprechend angeordneten Kanal Natrium als gut wärmeleitendes Material eingebracht ist, wodurch eine Wärmeleitung vom Kolbenboden zur Ringpartie durch Planschwirkung erreicht wird.A modification of the invention can be seen in that in blind holes made from the piston head closed with a stopper or in a correspondingly arranged one Channel sodium is introduced as a material that conducts heat well, whereby heat conduction from the piston crown to the ring section is achieved by splashing effect.

Die Erfindung ist in den nachfolgend näher erläuterten Zeichnungen beispielhaft dargestellt.The invention is illustrated by way of example in the drawings explained in more detail below.

Es zeigt Fig. 1 den Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines mit dem Kühlkanal 1 versehenen Kolbens 2 mit einem hinter der Ringpartie 3 parallel zur Kolbenlängsachse angebrachten Sackloch 4, in das ein einen taillierten Schaft besitzender Kupferstab 5, in der Weise eingeschraubt ist, daß nur seine Enden unmittelbar mit dem Kolben 2 in Kontakt stehen.It shows Fig. 1 the partial section of a longitudinal section through the piston head of a piston 2 provided with the cooling channel 1 with one behind the ring belt 3 parallel to the Piston longitudinal axis attached blind hole 4, in which a tapered shaft having a copper rod 5, in the way is screwed in that only its ends are in direct contact with the piston 2.

Gemäß Fig. 2, die einen Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines Kolbens 6 mit Kühlkanal 7 darstellt, ist der wärmeleitende Kupferstab 8 in ein geneigt zur Kolbenlängsachse verlaufendes von der Kolbeninnenseite her angebrachtes Sackloch 9 eingeschraubt.According to FIG. 2, which shows a partial section of a longitudinal section through the piston head of a piston 6 with a cooling channel 7 represents, the heat conductive copper rod 8 is inclined in a to the piston longitudinal axis extending from the inside of the piston attached blind hole 9 is screwed.

In Fig. 3 ist ein Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines einen Kühlkanal 10 aufweisenden Kolbens 11 wiedergegeben, bei dem vom Rand des Kolbenbodens 12 aus ein parallel zur Kolbenlängsachse angebrachtes Sackloch 13 vorhanden ist. In dem mit dem verschweißten Stopfen 14 verschlossenen Sackloch 13 befindet sich Natrium 15.FIG. 3 shows a partial section of a longitudinal section through the piston head of a cooling channel 10 having Piston 11 reproduced, in which from the edge of the piston head 12 a parallel to the piston longitudinal axis Blind hole 13 is present. Sodium is located in the blind hole 13 closed by the welded stopper 14 15th

Am Beispiel eines gebauten, einen Durchmesser von 320 mm aufweisenden Kolbens, dessen Oberteil aus Stahl und dessen Unterteil aus Gußeisen mit Kugelgraphit bestand und bei dem im Bereich hinter dem Feuersteg und der ersten Kolbenringnute 60 Kupferstifte in entsprechenden Sacklöchern angeordnet waren, konnte durch eine Berechnung der Temperaturfelder bei einem Druck von Pe = 23,5 bar und η = 800 l/min nachgewiesen werden, daß sich die Temperatur unter dem Einfluß der Kupferstifte in der ersten Kolbenringnute gegenüber derjenigen in der ersten Kolbenringnute eines herkömmlichen gebauten Kolbens um 23 0C erhöhen läßt.Using the example of a built piston with a diameter of 320 mm, the upper part of which was made of steel and the lower part of cast iron with spheroidal graphite and in which 60 copper pins were arranged in corresponding blind holes in the area behind the top land and the first piston ring groove, the Temperature fields at a pressure of Pe = 23.5 bar and η = 800 l / min can be demonstrated that the temperature can be increased by 23 0 C under the influence of the copper pins in the first piston ring groove compared to that in the first piston ring groove of a conventionally built piston .

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Claims (10)

PATENTANSPRÜCHEPATENT CLAIMS Kolben mit kühlölführenden Hohlräumen im aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Kolbenkopf für mit Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch, auf dem Umfang im Bereich hinter der Ringpartie (3) angebrachte Sacklöcher (4, 9), in die jeweils ein aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehender Stab (5, 8) eingesetzt ist.Pistons with cooling oil-carrying cavities in the piston head made of a ferrous material for internal combustion engines operated with heavy oil, characterized by blind holes (4, 9) made on the circumference in the area behind the ring belt (3), into each of which a rod ( 5, 8) is used. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (4, 9) von der Innenseite des Kolbens (2, 6) her angebracht sind.2. Piston according to claim 1, characterized in that the blind holes (4, 9) are attached from the inside of the piston (2, 6). 3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (13) vom Kolbenboden her angebracht sind. .3. Piston according to claim 1, characterized in that the blind holes (13) are attached from the piston head. . 4. Kolben nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (4) parallel zur Kolbenlängsachse verlaufend angeordnet sind.4. Piston according to claims 1 to 3, characterized geken n characterized in that the blind holes (4) are arranged parallel to the piston longitudinal axis running. 5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (9) geneigt zur Kolbenlängsachse angeordnet sind.5. A piston according to claims 1 to 3, characterized geken n characterized in that the blind holes (9) are arranged inclined to the piston longitudinal axis. 6. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (5, 8) aus Kupfer oder Silber bzw. deren Legierungen bestehen.6. Piston according to claims 1 to 5, characterized in that the rods (5, 8) are made of copper or silver or their alloys. 7. Kolben nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (5, 8) in die Sacklöcher (4, 9) eingeschraubt sind.7. Piston according to claims 1 to 6, d adurch gekennzeichne t that the rods (5, 8) are screwed into the blind holes (4, 9). 8. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (5, 8) in die Sacklöcher (4, 9) eingeklebt sind.8. Piston according to claims 1 to 6, d adurch gekennzeichne t that the rods (5, 8) are glued into the blind holes (4, 9). 9. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichent, daß die Stäbe (5, 8) einen taillierten Schaft besitzen und nur mit ihren Enden unmittelbar mit dem Kolben (2, 6) in Kontakt stehen.9. Piston according to claims 1 to 8, characterized in that the rods (5, 8) have a waisted shaft and only have their ends in direct contact with the piston (2, 6). 10. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch abgewandelt, daß sich in vom Kolbenboden (12) her angebrachten mit einem Stopfen (14) verschlossenen Sacklöchern (13) oder einem entsprechend angebrachten Kanal Natrium (15) befindet.10. Piston according to one or more of claims 1 to 9, modified by the fact that in the piston head (12) attached with a plug (14) closed blind holes (13) or a correspondingly attached channel sodium (15) is.
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