DE3546646C2

DE3546646C2 - Oil-cooled internal combustion engine with two-part piston and oil baffle surfaces in the bottom part of the piston

Info

Publication number: DE3546646C2
Application number: DE19853546646
Authority: DE
Inventors: Ludwig Elsbett; Guenter Elsbett; Klaus 8543 Hilpoltstein De Elsbett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1985-03-08
Publication date: 1989-06-15

Abstract

Published without abstract.

Description

Hohe Motorleistungen können heute mit Ölkühlung bei Brenn kraftmaschinen gefahren werden, deren Kolben und Brennver fahren so gestaltet sind, daß nur wenig Wärme aus dem Brenn raum an die Zylinderwand fließt. Im Zusammenhang mit den Möglichkeiten der Ölkühlung erfährt auch die Ausgestaltung der inneren Ölspritzkühlung zunehmend an Bedeutung, zumal sie die äußere Umlaufkühlung bis in die Höhe des Ringträgers des Kolbenoberteils zu ersetzen vermag (vgl. DE-OS 33 14 543).Today, high engine performance can be achieved with oil cooling at Brenn engines are driven, their pistons and Brennver drive are designed so that little heat from the burner space flows to the cylinder wall. In connection with the The design also experiences possibilities of oil cooling internal oil spray cooling is becoming increasingly important, especially external cooling to the level of the ring carrier the piston upper part is able to replace (see. DE-OS 33 14 543).

Es wurde bereits der Vorschlag gemacht, bei einem Kolben zweiteiliger Bauart das Kolbenunterteil mit Ölleitflächen zu bestücken (vgl. DE-OS 25 43 478). Die Wärmeabfuhr vom Zylinder kann dabei über das Kolbenunterteil und über die Ölspritzkühlung nach innen in das Öl erfolgen, und es kann auch Wärme vom oberen Zylinderteil zum unteren Zylinderteil verbracht werden, was eine Vereinheitlichung der Zylinder temperatur herbeiführt (vgl. DE-OS 33 14 543).The proposal has already been made for a piston two-part design the piston lower part with oil guide surfaces to be equipped (cf. DE-OS 25 43 478). The heat dissipation from The cylinder can be on the lower piston part and on the Oil splash cooling is done inside the oil and it can also heat from the upper cylinder part to the lower cylinder part be spent, which is a unification of the cylinders brings about temperature (see. DE-OS 33 14 543).

Leistungsbegrenzungen dieser Ölkühlung sind nach dem Stand der Technik allerdings dadurch gegeben, daß mittels der bis her bekannten Ölleitflächen (Prallflächen) zwar der Bolzen gut geschmiert werden kann, der Wärmeentzug vom Zylinder im Bereich des Kolbenunterteils aber intensiv nur entlang die ser Ölleitflächen geschieht, quer zum Kolbenbolzenlager aber die Abkühlung des Zylinders noch gesteigert werden muß.Performance limits of this oil cooling are according to the state the technology, however, given that the up to her known oil guide surfaces (baffles) the bolt can be well lubricated, the heat extraction from the cylinder in the Area of the lower piston part but only intensely along the This oil guide surfaces happens across the piston pin bearing but the cooling of the cylinder can still be increased got to.

Dieser Nachteil macht sich in der Motorpraxis namentlich im Falle zusammengegossener Zylinder bemerkbar, wo die Nach teile einer minderen Kühlung in Kurbelwellenrichtung auf grund der zusammengegossenen Zylinder und der fehlenden äußeren Kühlung mit den Nachteilen einer minderen inneren Ölkühlung quer zur Kolbenbolzenrichtung im Bereich des Kol benunterteils aufgrund der im letzten Absatz geschilderten Mängel zusammentreffen.This disadvantage is particularly noticeable in motor practice Trapped cast cylinder noticeable where the after share a lower cooling in the direction of the crankshaft due to the cast cylinders and the missing external cooling with the disadvantages of less internal Oil cooling transverse to the direction of the piston pin in the area of the piston partly due to the ones described in the last paragraph Shortcomings meet.

So hat der Stand der Technik bezüglich der inneren Ölspritz kühlung und des Kolbenunterteils eines zweiteiligen Kolbens zur Folge, daß zwar die Vereinheitlichung der Zylindertempe ratur in Längsrichtung des Zylinders gegeben ist, nicht aber im Zylinderumfang ein einheitliches Temperaturniveau erreicht wird. Es soll aber gerade die innere Ölspritzküh lung in die Lage versetzt werden, gleichmäßig bzw. ver gleichmäßigend auf die Temperatur der gesamten Zylinder innenfläche ausgerichtet zu sein. Denn erst die thermische Rundheit des Zylinders ermöglicht auch den Einbau völlig runder Kolben und damit die Reduzierung des Dichtspiels zwischen Kolben und Zylinder auf ein Kleinstmaß. Es ist in der oben erwähnten DE-OS 25 43 478 ein ölgekühlter, zwei teiliger Gelenkkolben dargestellt und beschrieben, dessen Kolbenboden von unten durch eine Öleinspritzung gekühlt wird, wobei dort ebenfalls Leitflächen (21) zum Zuführen des Kühlöles zum Kolbenboden sowie Leitflächen (27) zum Ab führen des Kühlöles zum Kurbelgehäuse vorhanden sind. Das Kühlöl kann dort jedoch nur auf einer Seite des Kolbenbol zens eingespritzt werden, und das zurückströmende Kühlöl trifft vorwiegend in einer Ebene auf die Zylinderwand, die quer zum Kolbenbolzen verläuft. Auch die DE-OS 24 24 881 läßt nicht erkennen, wie das zurückströmende Kühlöl gleich mäßig auf die Zylinderfläche verteilt werden kann.Thus, the prior art with regard to the internal oil spray cooling and the lower piston part of a two-part piston result in that, although the unification of the cylinder temperature is given in the longitudinal direction of the cylinder, a uniform temperature level is not achieved in the cylinder circumference. However, it is precisely the inner oil spray cooling that is to be able to be aligned uniformly or uniformly to the temperature of the entire cylinder inner surface. Because only the thermal roundness of the cylinder enables the installation of completely round pistons and thus the sealing play between piston and cylinder is reduced to a minimum. In the above-mentioned DE-OS 25 43 478, an oil-cooled, two-part articulated piston is shown and described, the piston crown of which is cooled from below by an oil injection, guide surfaces ( 21 ) for supplying the cooling oil to the piston crown and guide surfaces ( 27 ) there as well. to lead the cooling oil to the crankcase. However, the cooling oil can only be injected there on one side of the piston pin, and the cooling oil flowing back hits the cylinder wall predominantly in one plane, which runs transversely to the piston pin. DE-OS 24 24 881 does not show how the cooling oil flowing back can be evenly distributed over the cylinder surface.

Es ist Aufgabe vorliegender Anmeldung, die Temperaturvertei lung der Zylinderinnenfläche auch umfangmäßig zu vergleich mäßigen. Dies wird mit den Maßnahmen des 1. Anspruchs ge währleistet. Ausgestaltungen sind den weiteren Ansprüchen zu entnehmen.It is the task of the present application, the temperature distribution development of the inner surface of the cylinder moderate. This is ge with the measures of the first claim ensures. Refinements are the other claims refer to.

Der neu erarbeitete Vorschlag besteht darin die innere Öl kühlung des Zylinders dadurch zu verbessern daß im Kolben unterteil der Rückfluß des hochgespritzten Kühlöles um 90° ∡ versetzt geschieht. Das Kolbenunterteil soll mehrere Leitflächen besitzen, wobei mindestens eine innere Leitflä che (längs zum Bolzen) in bekannter Weise das Kühlöl zum Bolzen und an diesem vorbei zum Kolbenoberteil hin ausrich ten, während mindestens eine äußere Leitfläche den Rückfluß des Öles besorgt, und zwar quer zur Bolzenachse, so daß das Kühlöl (in dem bisher nicht gekühlten Bereich) an der Zylinderwand abgeleitet wird. Das von unten hochspritzende Öl kühlt über die innere(n) Ölleitfläche(n) die Zylinder bereiche, die in Längslage des Bolzens befindlich sind indirekt, während das rückströmende Öl, das am Kolbenober teil umgelenkt wird, die Zylinderbereiche quer zur Lage des Bolzens direkt kühlt.The newly developed proposal is the inner oil Improve cooling of the cylinder in that in the piston lower the backflow of the sprayed cooling oil by 90 ° ∡ happens staggered. The lower part of the piston should have several Have guide surfaces, with at least one inner guide surface che (along the bolt) in a known manner the cooling oil for Align the bolt and past it to the piston upper part ten, while at least one outer guide surface reflux of the oil, and that across the bolt axis, so that the Cooling oil (in the previously not cooled area) on the Cylinder wall is derived. The splashing up from below Oil cools the cylinders via the inner oil guide surface (s) areas that are in the longitudinal position of the bolt indirectly, while the back-flowing oil on the top of the piston is partially deflected, the cylinder areas transverse to the position of the Bolzens cools directly.

Das über die äußere(n) Leitfläche(n) zurückfließende Öl wird sodann durch einen Abdichtrand am unteren Ende des Kolbenunterteils, der am Zylinder anliegt, zurückgehalten oder durch einen Schlitz oder eine Bohrung nach unten entlassen.The oil flowing back through the outer guide surface (s) is then through a sealing edge at the bottom of the Lower piston part, which rests on the cylinder, retained or down through a slot or hole dismiss.

Die Vorteile einer solchen Kühlung führen zur Behebung der bisherigen Mängel. Die thermische Rundheit des Zylinders er möglicht, daß der Kolben dadurch viel gasdichter ausgeführt werden kann. Er kann bereits oberhalb der Kolbenringe völlig dicht an den Zylindern angelegt werden. In diesem Punkt sind alle bisherigen Kühlungsarten deshalb mangelhaft, weil die Kolben der thermischen Unrundheit des Zylinders nicht angepaßt werden können. In den Dichtspalten aber ent stehen Schadstoffe (z. B. CH), und eine solche Bewegungs freiheit des Kolbens erhöht die Geräuschbildung.The advantages of such cooling lead to the elimination of previous shortcomings. The thermal roundness of the cylinder possible that the piston is made much more gas-tight can be. It can already be above the piston rings be placed completely close to the cylinders. In this Point, all previous types of cooling are therefore deficient, because the piston of the thermal runout of the cylinder cannot be adjusted. But in the sealing gaps stand pollutants (e.g. CH), and such movement Piston freedom increases noise.

Weiter kann sogar die thermische Unrundheit zusammengegos sener Zylinderbüchsen durch die vorgeschlagene innere Kühlung und das Kolbenunterteil ausgeglichen werden; eine stärkere direkte Kühlung quer zur Bolzenachse erbringt eine gleichmäßige Temperierung des Zylinders insgesamt.Even thermal runout can be cast together cylinder liners through the proposed inner Cooling and the piston lower part are balanced; a stronger direct cooling across the pin axis results in a uniform tempering of the cylinder overall.

Für die anteilmäßig größte Emission einer Brennkraftmaschi ne, die CO₂-Emission, wird es künftig bedeutsam sein, daß eine große Wärmedichtheit des Brennverfahrens mit einer op timalen Gasdichtheit von Kolben und Zylinder gepaart ist: je gleichmäßiger die Kühlung am ganzen Zylinderumfang stattfindet, desto höher kann das Temperaturniveau des Zylinders gewählt werden, was eine wichtige Voraussetzung für die Verbrennung von Pflanzenölen anstelle von Erdölpro dukten darstellt; bezüglich der Abgase ergibt pflanzliches Öl eine neutrale CO₂-Bilanz.For the proportionally largest emission of an internal combustion engine, the CO ₂ emission, it will be important in the future that a high heat tightness of the combustion process is paired with optimal gas tightness of the piston and cylinder: the more uniformly the cooling takes place over the entire cylinder circumference, the higher the temperature level of the cylinder can be selected, which is an important prerequisite for the combustion of vegetable oils instead of petroleum products; Vegetable oil gives a neutral CO ₂ balance with regard to exhaust gases.

Es folgt ein mögliches Ausführungsbeispiel. A possible embodiment follows.

In Fig. 1 ist die innere und äußere Ölbespülung des Zylinders dargestellt wobei Teil (1) das Mo torgehäuse mit dem Ölkanal (2) darstellt. An dem Ölkanal (2), der mit Schmieröl gespeist wird, sind ein oder mehrere Ölspritzer (3) angeordnet, die das Innere des Zylinders (4) in der Bewegungsebene des Pleuels anspritzen. Das Spritzöl (5) wird von Leitschaufeln (6) in Richtung des Kolbenunterteils (7) gesteuert und von dort wieder von oben (5 a) zum Kolbenunterteil (8) zurückbefördert.In Fig. 1 the inner and outer oil purging of the cylinder is shown wherein part ( 1 ) represents the motor housing with the oil channel ( 2 ). On the oil channel ( 2 ), which is fed with lubricating oil, one or more oil splashes ( 3 ) are arranged, which spray the interior of the cylinder ( 4 ) in the plane of motion of the connecting rod. The spray oil ( 5 ) is controlled by guide vanes ( 6 ) in the direction of the lower piston part ( 7 ) and from there it is conveyed back from above ( 5 a ) to the lower piston part ( 8 ).

An der Innenseite des Zylinders wird eine bessere Ölkühlung am ganzen Zylinderumfang erreicht. Zu diesem Zweck hat das Kolbenunterteil (8) an seiner Innenseite neben den erwähnten Leitschaufeln (6), die in Richtung des Kolbenbolzens (20) verlaufen, an seiner Außenseite Leitflächen (31) (Fig. 2), die quer zum Kolbenbolzen (20) stehen. So erreicht die Ölkühlung den ganzen Zylinderumfang und etwa 80% der Zylinderlänge der inneren Zylinderfläche bis in Höhe des Kolbenoberteils. Nicht erreicht wird vom inneren Kühlöl die vom Kolbendichtmantel (22) abgedeckte Zylinderfläche, weshalb der Dicht mantel an seiner inneren Fläche mit Spritzöl (5 a) gekühlt wird. Ein Ringkanal (10) ist etwa so tief eingestochen, wie die Länge des Dichtmantels be trägt, so daß auch an diesem wichtigen oberen Zy linderteil beiderseits eine gute Ölkühlung garantiert ist.On the inside of the cylinder, better oil cooling is achieved over the entire circumference of the cylinder. For this purpose, the piston lower part ( 8 ) has on its inside next to the mentioned guide vanes ( 6 ), which run in the direction of the piston pin ( 20 ), on its outside guide surfaces ( 31 ) ( Fig. 2), which are transverse to the piston pin ( 20 ) stand. Oil cooling thus reaches the entire cylinder circumference and approximately 80% of the cylinder length of the inner cylinder surface up to the level of the upper piston part. The inner cooling oil does not reach the cylinder surface covered by the piston sealing jacket ( 22 ), which is why the sealing jacket is cooled on its inner surface with spray oil ( 5 a ). An annular channel ( 10 ) is inserted approximately as deep as the length of the sealing jacket, so that good oil cooling is guaranteed on both sides of this important upper cylinder part.

Im Kolbenbrennraum (27) ist ein Brennverfahren vor gesehen, bei dem um die heiße Brennzone (28) die Überschußluft (29) rotiert, was einen guten Schutz gegen hohe Temperaturen im Kolbenoberteil (7) ergibt. In the piston combustion chamber ( 27 ), a combustion process is seen in which the excess air ( 29 ) rotates around the hot combustion zone ( 28 ), which provides good protection against high temperatures in the upper piston part ( 7 ).

Diese Art der geringen Aufheizung und Kühlung macht es möglich, daß die übliche Gasdichtung zwi schen dem Zylinder und Zylinderkopf an der Verbin dungsstelle (30) entfällt.This type of low heating and cooling makes it possible for the usual gas seal between the cylinder and cylinder head to be omitted at the connection point ( 30 ).

Fig. 2 zeigt einen Schnitt des Kolbenunterteils (8) in Richtung des Kolbenbolzens mit den äußeren Leitflächen (31), die das vom Kolbenoberteil (7) (Fig. 1) zurückgeworfene Spritzöl (5 a) (Fig. 1) auffangen. Das Öl wird hier kurzzeitig durch den unteren Öldichtrand (33) festgehalten, um eine intensivere Zylinderwandkühlung in dieser Ebene zu erreichen. Es fließt dann durch die Bohrungen oder einen Schlitz (34) in den unteren Teil des Zylinders (4) ab. Die Pfeile (5 a) zeigen das vormals an den Leitflächen (6) hochgespritzte Öl (5), das vom Kolbenoberteil zurückgelenkt ist und quer zur Anspritzebene (um 90° versetzt) durch die neuen Leitflächen (31) seinen Abfluß zum unteren Teil des Zylinders (4) findet. Fig. 2 shows a section of the lower piston part ( 8 ) in the direction of the piston pin with the outer guide surfaces ( 31 ) which catch the spray oil ( 5 a ) ( Fig. 1) thrown back by the upper piston part ( 7 ) ( Fig. 1). The oil is held here briefly by the lower oil sealing edge ( 33 ) in order to achieve more intensive cooling of the cylinder wall in this plane. It then flows through the holes or a slot ( 34 ) into the lower part of the cylinder ( 4 ). The arrows ( 5 a ) show the oil ( 5 ) which was previously sprayed up on the guide surfaces ( 6 ), which is deflected back by the upper piston part and transversely to the injection plane (offset by 90 °) through the new guide surfaces ( 31 ) its outflow to the lower part of the cylinder ( 4 ) finds.

Anstatt der in dem Ausführungsbeispiel beschriebe nen vier Leitflächen können für andere Anwendungs beispiele auch mehr oder weniger Leitflächen einschließlich solcher, die geteilt sind oder in einem Winkel zueinander stehen, verwendet werden; sowie auch die Form der inneren oder äußeren Leit flächen durch dieses Beispiel nicht festgelegt sein soll und auch nicht die Art der Bohrung oder des abführenden Schlitzes.Instead of that described in the embodiment N four guiding surfaces can be used for other applications examples also more or less guiding surfaces including those that are shared or in stand at an angle to each other can be used; as well as the shape of the inner or outer guide areas are not determined by this example should be and not the type of hole or of the laxative slot.

Claims

1. Oil-cooled, two-part articulated piston, the Kolbentei le articulated via a bolt, the upper part facing the combustion chamber absorbs the gas forces and the lower part facing the crankshaft forces, with a cooling of the piston crown by a cooling oil injection from the Crankcase, and with guide surfaces below the piston pin for deflecting the cooling oil jet in the direction of the parts of the piston to be cooled and for returning the heated cooling oil in the direction of the crankcase, characterized in that the guide surfaces for returning the cooling oil with respect to the longitudinal axis of the piston pin and are arranged rotated by about 90 ° in the longitudinal axis of the piston relative to the guide surfaces for supplying the cooling oil, so that the guide surfaces for returning the cooling oil run to the piston edge and feed the collected, heated cooling oil directly to the cylinder wall.

2. Articulated piston according to claim 1, characterized in that that the cooling oil supplied to the cylinder wall in a Zwi space between the side wall of the lower piston part and the cylinder wall captured and sealed retained at the lower end of the lower piston part becomes.

3. Articulated piston according to claim 2, characterized in that the cooling oil in the space through a slot or a hole flows to the crankcase.

4. Articulated piston according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the cooling oil on both sides of the Kol bolted onto the respective guiding surfaces becomes.