DE3347292C2

DE3347292C2 - Oil-cooled, built-in piston for internal combustion engines

Info

Publication number: DE3347292C2
Application number: DE3347292A
Authority: DE
Inventors: Jordan Dipl.-Ing. 8900 Augsburg Gentscheff
Original assignee: MAN Maschinenfabrik Augsburg Nuernberg AG
Current assignee: MAN B&W Diesel GmbH
Priority date: 1983-12-28
Filing date: 1983-12-28
Publication date: 1986-06-19
Also published as: DE3347292A1

Abstract

Bei einem ölgekühlten, gebauten Kolben für eine Brennkraftmaschine, bei dem die einzelnen Kolbenteile mit parallelen Flächen aneinander anliegen und durch Schrauben miteinander verbunden sind, ist zur Vermeidung von abrasivem Verschleiß im Bereich der aneinanderliegenden Flächen als Abhilfemaßnahme vorgeschlagen, im Bereich der Trennfuge zwischen zwei aneinander anliegenden Kolbenteilen ölgefüllte Räume vorzusehen. Aus diesen ölgefüllten Räumen kann im Betrieb des Kolbens Öl in den sich dann zwischen zwei normalerweise aneinander anliegenden Flächen ausbildenden Spalt eintreten, so daß ein unmittelbarer Reibkontakt der aneinander anliegenden metallischen Flächen und damit die Ausbildung von Verschleißstellen vermieden sind.In the case of an oil-cooled, built-up piston for an internal combustion engine, in which the individual piston parts lie against one another with parallel surfaces and are connected to one another by screws, a remedial measure is proposed to avoid abrasive wear in the area of the adjacent surfaces, in the area of the parting line between two adjacent ones Provide piston parts oil-filled spaces. From these oil-filled spaces, when the piston is in operation, oil can enter the gap that is then formed between two normally abutting surfaces, so that direct frictional contact of the abutting metallic surfaces and thus the formation of wear points are avoided.

Description

Die Erfindung betrifft einen ölgekühlten, gebauten Kolben für Brennkraftmaschinen, bei dem die einzelnen Kolbenteile mit parallelen Flächen aneinander anliegen und im Bereich dieser Flächen durch Schrauben miteinander verbunden sind, deren Aufnahmebohrungen nicht an ölführende Räume des Kolbens angeschlossen sind.The invention relates to an oil-cooled, built piston for internal combustion engines, in which the individual Piston parts with parallel surfaces rest against one another and in the area of these surfaces by screws are connected, the mounting holes of which are not connected to the oil-carrying spaces of the piston.

Bei solchen bekannten Kolben tritt vielfach das Problem auf, daß in einer Trennfuge zwischen zwei aneinanderliegenden Kolbenteilen die Flächendruckspannung zwar noch in zulässigen Grenzen liegt infolge Deformation bei Betrieb des Kolbens zwischen zwei durch benachbarte Schrauben gegebenen Spannstellen auftretende Relativbewegungen der Kolbenteile jedoch über ein zulässiges Maß hinausgehen, so daß abrasiver Verschleiß auftreten kann.In such known pistons, the problem often arises that in a parting line between two adjacent Piston parts, the surface compressive stress is still within permissible limits due to deformation occurring during operation of the piston between two clamping points given by adjacent screws However, relative movements of the piston parts go beyond a permissible level, so that abrasive wear can occur.

Ausgehend von dieser Problematik ist es Aufgabe der Erfindung, einen Kolben der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, daß auch dann, wenn bei Betrieb des Kolbens im Bereich zwischen zwei durch Schrauben gegebenen Spannstellen durch Deformation aneinander anliegender Kolbenteile auftretende ReIativbewegungen derselben über ein zulässiges Maß hinausgehen, kein abrasiver Verschleiß auftreten kann.Based on this problem, the object of the invention is to provide a piston of the type mentioned at the beginning to the effect that even if during operation of the piston in the area between two through Screws given clamping points due to deformation of piston parts resting against each other the same go beyond a permissible level, no abrasive wear can occur.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich der Trennfuge zwischen zwei aneinander anliegenden Kolbenteilen und jeweils zwischen zwei durch benachbarte Schrauben gegebenen Spannstellen wenigstens ein ölgefüllter Raum vorgesehen ist der durch eine zur Trennfuge hin offene Vertiefung in wenigstens einem der beiden aneinander anliegenden Kolbenteile gebildet ist Diese Räume können in vorteilhafter Weise so wie in den Unteransprüchen angegeben realisiert bzw. mit Öl versorgt sein.This object is achieved according to the invention in that in the area of the parting line between two one another adjacent piston parts and between two clamping points given by adjacent screws at least one oil-filled space is provided, which is provided by a recess open towards the parting line at least one of the two adjacent piston parts is formed. These spaces can be advantageous Way as stated in the subclaims can be implemented or supplied with oil.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß aus der US-PS 32 15 130 schon ein ölgekühlter gebauter Kolben bekannt ist bei dem die einzelnen Kolbenteile — Kolbenoberteil und Kolbenunterteil — mit parallelen Flächen aneinander anliegen und im Bereich dieser Flächen durch Schrauben miteinander verbunden sind. Entscheidender Unterschied zu der die erfindungsgemäße Lösung aufweisenden Gaünng von Kolben ist jener, daß bei der bekannten Kolbenbauart die Aufnahmebohrungen für die die beiden Kolbenteile zusammenhaltenden Schrauben allesamt an ölführende Räume angeschlossen und permanent von Kühlöl durchströmt sind. Der Anschluß der Aufnahmebohrungen an den Kühlölkreislauf ist bei der bekannten Kolbenbauart zwingend notwendig, deshalb, weil die Muttern, die auf die Schrauben aufgesetzt sind und so das Kolbenoberteil an das Kolbenunterteil anpressen, unmittelbar an den Brennraum angrenzen und damit äußerst hohe Temperaturen in die relativ dünnen Schraubenschäfte einleiten. Würde hier keine intensive Kühlung vorgenommen werden, würden sich die Schraubenschäfte längen und die Verbindungsqualität zwischen Kolbenoberteil und Kolbenunterteil erheblich nachlassen. Da aber bei der bekannten Lösung die Schraubenschäfte innerhalb der sie umgebenden Aufnahmebohrungen intensiv von Kühlöl umströmt sind, bleibt die Verbindungsqualität erhalten. Die besagten Aufnahmebohrungen dienen also ausschließlich dem Zweck der Zuführung von Kühlöl an die Schraubenschäfte. Ein anderer Zweck kann ihnen nicht zugewiesen werden, insbesondere kann diesen bekannten ölgefüllten Schraubenaufnahmeräumen nicht der Zweck der erfindungsgemäßen ölgefüllten Räume zugewiesen werden, denn das Problem, welches letztere lösen, tritt nur bei Kolben der gattungsgemäßen Art in den angegebenen Bereichen auf.It should be noted at this point that from the US-PS 32 15 130 already an oil-cooled built piston is known in which the individual piston parts - piston top and lower piston part - bear against one another with parallel surfaces and in the area of these surfaces are connected to each other by screws. Crucial difference to the solution according to the invention having the piston gauge is that that in the known piston design, the receiving bores for the screws holding the two piston parts together, they are all connected to oil-carrying spaces and are permanently flowed through by cooling oil. The connection of the mounting holes to the cooling oil circuit is absolutely necessary with the known piston design, because the nuts on the screws are placed and thus press the upper piston part against the lower piston part, directly against the combustion chamber and thus introduce extremely high temperatures into the relatively thin screw shafts. Would be here If intensive cooling is not carried out, the screw shafts would elongate and the quality of the connection between the upper piston part and the lower piston part would decrease considerably. Since, however, in the known solution, the screw shafts are within the surrounding area The connection quality is maintained. The said Receiving bores are therefore used exclusively for the purpose of supplying cooling oil to the screw shafts. No other purpose can be assigned to them, in particular these can be known Oil-filled screw receiving spaces are not assigned the purpose of the oil-filled spaces according to the invention because the problem that the latter solve only occurs with pistons of the generic type in the specified areas.

Die vorteilhafte Wirkung dieser ölgekühlten Räume ist in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele dargelegt. In der Zeichnung zeigtThe advantageous effect of these oil-cooled rooms is shown in the following description of several exemplary embodiments set out. In the drawing shows

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Kolben entlang der in F i g. 2 eingetragenen Schnittlinie I-I,F i g. 1 shows a cross section through a piston along the line shown in FIG. 2 section line I-I,

F i g. 2 einen Schnitt durch den Kolben gemäßF i g. 2 shows a section through the piston according to FIG

F i g. 1 im Bereich einer Trennfuge zwischen zwei aneinander anliegenden Kolbenteilen, gemäß Schnittlinie II-IIinFig. 1,F i g. 1 in the area of a parting line between two adjacent piston parts, according to the section line II-IIinFig. 1,

F i g. 3 eine Variante des Kolbens gemäß F i g. 1 und 2,F i g. 3 shows a variant of the piston according to FIG. 1 and 2,

F i g. 4 eine weitere Variante des Kolbens nach F i g. 1 und 2,F i g. 4 shows a further variant of the piston according to FIG. 1 and 2,

Fig.5 eine vergrößerte Darstellung einer Ausbildungsform des erfindungsgemäßen Kolbendetails,5 shows an enlarged illustration of an embodiment of the piston details according to the invention,

F i g. 6 einen Schnitt durch Kolben gemäß F i g. 1 im Bereich einer Trennfuge zwischen zwei aneinander anliegenden Kolbenteilen, jedoch mit gegenüber Fig. 1 anderem Kolbenunterteil,F i g. 6 shows a section through the piston according to FIG. 1 in the area of a parting line between two adjacent ones Piston parts, but with a different piston lower part compared to Fig. 1,

F i g. 7 einen vergrößerten Schnitt durch ein die Erfindung betreffendes Detail des Kolbens gemäß Fig.6, entlang der Schnittlinie VII-VII.F i g. 7 shows an enlarged section through a detail of the piston according to the invention relating to the invention, along the section line VII-VII.

In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or corresponding components are provided with the same reference symbols.

In den Figuren ist mit 1 eine Kolbenkrone eines ölge-In the figures, 1 is a piston crown of an oil

kühlten, gebauten Kolbens für Brennkraftmaschinen bezeichnet Diese Kolbenkrone 1 umfaßt einen Kolbenboden 2, an dessen Innenseite ein axial vorspringender Ringbund 3 angeordnet ist, der an seiner äußeren Stirnseite eine hier senkrecht zur Kolbenachse stehende und ebene Fläche 4 aufweist Über den Ringbund 3 und dessen Räche 4 ist die Kolbenkrone 1 ε& einem weiteren Kolbenteil 5 und dort an einer zur Fläche 4 parallelen Fläche 6 abgestüzt Das Kolbenteil 5 ragt teilweise in die Kolbenkrone 1 hinein, wobei der hineinragende Teil des Kolbenteiles 5 von einem zylindrischen Teil 7, dem sogenannten Ringträger, der Kolbenkrone 1 umfaßt wird. Die beiden Kolbenteile 1 und 5 sind durch mehrere, gleichmäßig auf einem Teilkreis angeordnete Schrauben 8, insbesondere Zuganker, miteinander verbunden, wobei die kolbenbodenseitigen Enden dieser Schrauben mit einem Außengewinde in entsprechende, im Ringbund 3 ausgebildete Sacklochgewindebohrungen 9 eingreifen. Nach ihrer Verschraubung begrenzen die beiden Kolbenteile 1 und 5 einen inneren Kühlraum 10 und einen äußeren Kühlraum 11. Im Betrieb des Kolbens wird dem inneren Kühlraum 10 Kühlöl durch ein zentrales Rohr 12 zugeführt Vom inneren Kühlraum 10 gelangt Kühlöl über den Ringbund 3 durchdringende Überlaufbohrungen 13 in den äußeren Kühlraum 11, von dem aus erwärmtes Kühlöl über nicht dargestellte Kanäle durch das Kolbenteil 5 hindurch in den Kurbelraum der Brennkraftmaschine abgeführt wird.This piston crown 1 comprises a piston crown 2, on the inside of which an axially projecting annular collar 3 is arranged, which on its outer end face has a flat surface 4 that is perpendicular to the piston axis here. About the annular collar 3 and its Area 4 is the piston crown 1 ε & a further piston part 5 and there on one parallel to the area 4 Surface 6 supported The piston part 5 protrudes partially into the piston crown 1, the protruding part of the Piston part 5 by a cylindrical part 7, the so-called ring carrier, of the piston crown 1 is encompassed. The two piston parts 1 and 5 are secured by several screws evenly arranged on a pitch circle 8, in particular tie rods, connected to one another, the ends of these screws on the piston bottom side engage with an external thread in corresponding threaded blind holes 9 formed in the annular collar 3. After being screwed together, the two piston parts 1 and 5 delimit an inner cooling chamber 10 and an outer cooling chamber 11. During operation of the piston, the inner cooling chamber 10 is supplied with cooling oil through a central Pipe 12 supplied From the inner cooling space 10, cooling oil passes through the annular collar 3 Overflow holes 13 in the outer cooling space 11, from which heated cooling oil via not shown Channels is discharged through the piston part 5 into the crankcase of the internal combustion engine.

Erfindungsgemäß sind nun im Bereich der Trennfuge zwischen zwei aneinander anliegenden Kolbenteilen 1,5 ölgefüllte Räume 14 vorgesehen. Dabei kann ein solcher ölgefüllter Raum 14 durch eine zur Trennfuge hin offene Vertiefung in einem der beiden aneinander anliegenden Kolbenteile 1,5 gebildet sein, wie bei den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 1, 2,3,6 und 7. Alternativ hierzu kann ein solcher ölgefüllter Raum 14 jedoch auch wie beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 durch eine zur Trennfuge hin offene Vertiefung in dem einen Kolbenteil 1 und eine zur Trennfuge hin offene Vertiefung im anderen 5 der beiden aneinander anliegenden Kolbenteile 1,5 gebildet sein. Vorzugsweise sind die ölgefüllten Räume 14 so ausgebildet, daß deren Wände sich keglig erweiternd mit möglichst spitzem Winkel zur Trennfuge hin auslaufen. In bevorzugter Ausführungsform werden die ölgefüllten Räume 14 durch angesenkte Sacklochbohrungen gebildet, was eine einfache und billige Herstellung derselben ermöglicht. Die Ansenkungen der die ölgefüllten Räume bildenden Sacklochbohrungen werden mit einem Bohrer oder Fräser durchgeführt, der Schneidflächen aufweist, die einen stumpfen Winkel von etwa 150° einschließen. Die hierdurch entstehenden Ansenkungen 15 der ölgefüllten Räume 14 sind gut aus F i g. 5 ersichtlich. Alternativ hierzu können die ölgefüllten Räume, wie aus F i g. 6 und 7 ersichtlich, auch durch als ölsammelräume dienende Sacklochbohrungen und sich daran beiderseits seitlich anschließende Ölverteilernuten geringer Tiefe gebildet sein.According to the invention are now in the area of the parting line between two adjacent piston parts 1.5 oil-filled spaces 14 are provided. Such a Oil-filled space 14 through an open to the parting line A recess can be formed in one of the two piston parts 1.5 resting against one another, as in the exemplary embodiments according to FIG. 1, 2, 3, 6 and 7. Alternatively However, such an oil-filled space 14 can also be used, as in the exemplary embodiment according to FIG. 4 through a to Parting line open recess in the one piston part 1 and a recess open to the parting line in the other 5 of the two adjacent piston parts 1.5 be formed. Preferably the ones are oil-filled Spaces 14 designed so that their walls widen in a conical manner with as acute an angle as possible to the parting line to run out. In a preferred embodiment, the oil-filled spaces 14 are formed by countersunk blind holes formed, which enables simple and inexpensive manufacture of the same. The countersinks of the Blind holes forming oil-filled spaces are carried out with a drill or milling cutter Has cutting surfaces which include an obtuse angle of about 150 °. The resulting countersinks 15 of the oil-filled spaces 14 are shown in FIG. 5 can be seen. Alternatively, the oil-filled Spaces, as shown in FIG. 6 and 7 can be seen, also through blind holes and serving as oil collecting spaces be formed on both sides laterally adjoining oil distribution grooves of shallow depth.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß F i g. 3 bis 7 wird die ölfüllung der Räume 14 bei Montage der miteinander zu verbindenden Kolbenteile 1, 5 vorgenommen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 und 2 dagegen steht jeder ölgefüllte Raum über einen Kanal 16 mit einem im Betrieb des Kolbens ölaufnehmenden Raum, hier einem der Überlaufbohrungen 13, in Verbindung, so daß er sich über diesen Weg mit Öl füllen kann. Hinsichtlich der erforderlichen Anzahl solcher ölgefüllter Räume ist zu bemerken, daß zwischen jeweils zwei, durch benachbarte Schrauben 8 gegebenen Spannstellen mindestens ein solcher ölgefüllter Raum 14 vorgesehen ist Bei größerem Abstand zweier benachbarter Schrauben erweist es sich als notwendig, mehrere solcher ölgefüllter Räume 14 vorzusehen und zwar so, wie dies beispielsweise aus Fig.2 ersichtlich ist. Anstelle der dort zwei, zwischen zwei benachbarten Schrauben 8 vorgesehenen Räume 14 können auch drei solcher Räume 14 gleichmäßig zwischen zwei der Schrauben 8 verteilt angeordnet sein.In the exemplary embodiments according to FIG. 3 to 7 is the oil filling of the spaces 14 when assembling the with each other to be connected piston parts 1, 5 made. In the embodiment according to FIG. 1 and 2 against it each oil-filled space is connected via a channel 16 with an oil-absorbing piston when the piston is in operation Space, here one of the overflow bores 13, in connection, so that it can be filled with oil via this path. With regard to the required number of such oil-filled rooms, it should be noted that between every two, at least one such oil-filled space 14 is provided by adjacent screws 8 If there is a greater distance between two adjacent screws, it turns out to be necessary to use several of these Provide oil-filled spaces 14 in such a way as can be seen, for example, from FIG. Instead of the two spaces 14 provided there between two adjacent screws 8 can also have three such spaces 14 can be arranged evenly distributed between two of the screws 8.

Im Betrieb des Kolbens rufen diese ölgefüllten Räume 14 folgende Wirkung hervor. Immer dann, wenn der Kolben durch im Maschinenbetrieb auftretende Kräfte so deformiert wird, daß die beiden Kolbenteile 1 und 5 in der Trennfuge in Bereichen zwischen benachbarten Spannstellen geringfügig voneinander abheben, dringt Öl aus den ölgefüllten Räumen 14 in den dann gegebenen Spalt ein; sobald jedoch die diese Deformation des Kolbens hervorrufenden Kräfte abschwellen, wird das im Spalt zwischen beiden Flächen 4 und 6 befindliche öl größtenteils wieder in die Räume 14 zurückgedrückt; es bleibt jedoch ein geringer Anteil an Öl zwischen den Flächen 4 und 6. Hierdurch ist sichergestellt, daß an all jenen Stellen der Kolbenteile 1, 5, die nicht durch Schrauben miteinander verspannt sind und sich deshalb geringfügig gegeneinander bewegen können, keine metallischen Bereiche unmittelbar aufeinander so wirksam werden können, daß abrasiver Verschleiß auftreten könnte; durch den sich zwischen den Flächen 4 und 6 ausbildenden Ölfilm ist somit dem Entstehen von Verschleißstellen wirksam entgegengetreten.When the piston is in operation, these oil-filled spaces 14 produce the following effect. Whenever the Piston is deformed by forces occurring during machine operation so that the two piston parts 1 and 5 stand out slightly from one another in the parting line in areas between adjacent tie points, penetrates Oil from the oil-filled spaces 14 in the then given Gap a; However, as soon as the forces causing this deformation of the piston decrease, this will be the case most of the oil located in the gap between the two surfaces 4 and 6 is pushed back into the spaces 14; it however, a small proportion of oil remains between surfaces 4 and 6. This ensures that all those points of the piston parts 1, 5 that are not clamped together by screws and therefore Can move slightly against each other, no metallic areas directly on each other so effective that abrasive wear could occur; by the between the surfaces 4 and 6 The oil film that forms is thus effectively counteracted the occurrence of wear points.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Oil-cooled, built piston for internal combustion engines, in which the individual piston parts with parallel surfaces abut one another and in the area of these surfaces by screws are connected, the mounting bores of which are not connected to the oil-carrying spaces of the piston, characterized in that in the area of the parting line between two abutting one another Piston parts (1, 5) and between two clamping points given by adjacent screws (8) at least one oil-filled space (14) is provided, which is open to the parting line through a Depression is formed in at least one of the two piston parts (1,5) resting against one another

2. Piston according to claim 1, characterized in that the wall of such an oil-filled space (14) widens conically at an acute angle towards the parting line

3. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the oil-filled Spaces are formed by countersunk blind holes in the area of the parting line.

4. Piston according to one of claims 1 and 2, characterized in that the oil-filled spaces (14) through indentations open towards the parting line and consisting of a blind hole and on both sides the same subsequent oil distribution grooves of shallow depth are formed.

5. Piston according to one of the preceding claims, characterized in that the oil filling the spaces (14) is carried out when assembling the piston parts (1,5) to be connected to one another.

6. Piston according to one of claims 1 to 4, characterized in that each oil-filled space via a channel (16) with a chamber (13) which receives oil during operation of the piston stands.