DE4118400A1 - Gebauter, oelgekuehlter kolben fuer dieselmotoren - Google Patents
Gebauter, oelgekuehlter kolben fuer dieselmotorenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen gebauten, ölgekühlten Kolben
für Dieselmotoren, insbesondere für mittelschnellaufende
Dieselmotoren mit hoher Aufladung, bestehend aus einem den
Kolbenbolzen aufnehmenden Kolbenkörper und einem die
Ringpartie und den Feuersteg tragenden Kolbenboden, die sich
über in ihrer Trennungsebene liegende Auflageflächen
aufeinander abstützen und die durch in entsprechende
Bohrungen eingesetzte Schrauben gegeneinander verspannt
sind, wobei zwischen Kolbenkörper und Kolbenboden ein
kurbelraumseitig mit einer Öffnung versehener zentraler
Kühlraum besteht, von dem aus sich gegenüber der
Trennungsebene geneigte, radial nach außen verlaufende,
sacklochartige Ausnehmungen mit auf einem Mittelkreis
liegenden Öffnungen bis in den Bereich hinter dem Feuersteg
und dem Kolbenbodenrand erstrecken. Die Erfindung betrifft
auch eine Ausgestaltung des Kolbens, bei der sich
Kolbenkörper und Kolbenboden über auf konzentrischen
Abstützbunden angeordnete, kreisringförmige Auflageflächen
aufeinander abstützen und die Abstützbunde die äußere
Begrenzung des zentralen Kühlraums und die radiale innere
Begrenzung eines hinter der Ringpartie verlaufenden
Kühlkanals bilden, von dem aus sich die sacklochartigen
Ausnehmungen erstrecken und der über in einem der
Abstützbunde angebrachte Überströmbohrungen mit dem
zentralen Kühlraum verbunden ist.
Bei zunehmender spezifischer Motorleistung genügt die
Ölkühlung eines definierten Teils des Kolbens, wie es ein
Kühlkanalkolben mit ringförmigem Kühlkanal hinter der
Ringpartie erlaubt, nicht mehr. Vielmehr werden Hohlräume
benötigt, die alle thermisch hochbeanspruchten Bereiche des
Kolbenbodens der Ringpartie und des Feuerstegs erfassen. Für
derartige Einsatzzwecke sind gebaute, ölgekühlte Kolben der
eingangs beschriebenen Konstruktion bekannt, bei denen der
Boden aus Stahl oder hochwertigem Gußeisen und der
Kolbenkörper aus Aluminium-Silizium-Kolbenlegierung oder
Kugelgraphit-Gußeisen besteht. Die Kühlölzufuhr zum Kühlraum
erfolgt über entsprechende Öffnungen im Kolbenschaft
entweder über Pleuel und Kolbenbolzen oder über eine am
Kurbelgehäuse angebrachte Spritzdüse. Die Kühlölzufuhr kann
auch in umgekehrter Richtung über eine am kleinen Pleuelauge
angebrachte Spritzdüse unmittelbar zum Kühlraum erfolgen. Da
bei dieser Kolbenbauart mit flacher Brennraummulde die
höchsten Temperaturen des Kolbenbodens von 350 bis < 400°C
am äußeren Rand der Brennraummulde und im Bereich des
Kolbenbodenrandes auftreten, erstrecken sich von dem
Kühlraum aus gegenüber der Trennungsebene der beiden
Kolbenbauteile geneigte, radial nach außen verlaufende
Sacklochbohrungen bis in den Bereich hinter dem Feuersteg
und dem Kolbenbodenrand. Bedingt durch die Pendelbewegung
des Kühlöls in den Sacklochbohrungen wird die Wärme von der
Innenseite des Kolbens abgeführt. Am halbkugelförmigen Boden
der Sacklochbohrungen treten jedoch Temperaturen von 240 bis
270°C auf, die in der Nähe bzw. über dem Flammpunkt üblicher
Kühlöle für Dieselmotoren liegen. Das hat zur Folge, daß im
Bodenbereich der Sacklochbohrungen das Kühlöl verkokt und
sich eine isolierende Ölkohleschicht bildet, die die
Kühlwirkung des Kühlöls so herabsetzt, daß die Temperaturen
des Kolbenbodens in dem an die Sacklochbohrungen
angrenzenden Bereich unzulässig ansteigen und damit die
Festigkeit des Kolbenwerkstoffs absinkt, der
Kriechwiderstand verringert und die thermische Deformation
erhöht werden. Dies kann zu bleibenden Verformungen und den
damit verbundenen Nachteilen führen.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
vorstehend näher beschriebenen gebauten, ölgekühlten Kolben
so zu gestalten, daß eine wirksamere Wärmeübertragung vom
Kolben an das Kühlöl und eine schnelle Abführung der
erwärmten Kühlmittelmenge gewährleistet sind.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die
sacklochförmigen Ausnehmungen im Querschnitt die Form eines
Langlochs besitzen.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung beträgt der
Öffnungswinkel der Langlöcher 20 bis 80°, vorzugsweise 30
bis 60°. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird die durch
die Pendelwirkung des Kühlöls kühlbare Oberfläche
vergleichsweise um 20 bis 30% vergrößert, so daß die von
der brennraumseitigen Wand der Langlochbohrungen durch das
Kühlöl pro Zeiteinheit abgeführte Wärmemenge deutlich größer
ist und damit die Temperatur in diesem Bereich entsprechend
niedrig gehalten werden kann. Es wird eine Verkokung des
Kühlöls und damit die Ausbildung einer wärmeisolierenden
Koksschicht am Boden der Langlöcher verhindert.
Zweckmäßigerweise besitzt der Boden der Langlöcher die Form
eines Muldengewölbes.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft
dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen gebauten, ölgekühlten
Kolben für Dieselmotoren entlang der die Kolbenachse
und die Achse senkrecht zur Bolzenachsrichtung
einschließenden Ebene und
Fig. 2 eine Draufsicht auf die Unterseite des Kolbenbodens.
Der gebaute, ölgekühlte Kolben (1) für mittelschnellaufende
Dieselmotoren mit hoher Aufladung besteht aus dem den nicht
dargestellten Kolbenbolzen aufnehmenden Unterteil (2) aus
Gußeisen und dem aus Stahl geschmiedeten, die Ringpartie (3)
und den Feuersteg (4) tragenden Kolbenboden mit flacher
Brennraummulde (6). Auf der Unterseite des Kolbenbodens
befindet sich ein konzentrisch angeordneter Abstützbund (7)
mit einer kreisringförmigen, senkrecht zur Bolzenachse
liegenden Auflagefläche (8), die an der unmittelbar
gegenüberliegenden, senkrecht zur Bolzenachse liegenden
Auflagefläche (9) des auf der Oberseite des Unterteils (2)
konzentrisch angebrachten Abstützbundes (10) anliegt. Das
Unterteil (2) und der Kolbenboden (5) sind mittels vom
Kolbenfuß her durch entsprechende Gewindebohrungen (11)
geführte Dehnschrauben (12) gegeneinander verspannt. Die
Kühlölzufuhr erfolgt über das nicht dargestellte Pleuel und
den Kolbenbolzen und die Kühlölzuleitungsbohrungen (13) zu
dem hinter der Ringpartie (3) verlaufenden, radial nach
innen durch den Abstützbund (10) begrenzten, ringförmigen
Kühlkanal (14), von dem aus sich zehn sacklochartige, mit
ihren Öffnungen auf einem Mittelkreis angeordnete
Langlöcher (15), die gegenüber der Trennebene von
Unterteil (2) und Kolbenboden (5) 20° geneigt radial nach
außen verlaufend angebracht sind, hinter den Feuersteg (4)
und den Rand des Kolbenbodens (5) erstrecken. Der
ringförmige Kühlkanal (14) ist über mehrere, in dem
Abstützbund (10) des Unterteils (2) angebrachte
Überströmbohrungen (16) für das Kühlöl mit dem zentralen
Kühlraum (17) verbunden, aus dem das Kühlöl über die
Öffnung (18) in den Kurbelraum austreten kann.
Claims (4)
1. Gebauter, ölgekühlter Kolben für Dieselmotoren,
insbesondere für mittelschnellaufende Dieselmotoren mit
hoher Aufladung, bestehend aus einem den Kolbenbolzen
aufnehmenden Kolbenkörper und einem die Ringpartie und
den Feuersteg tragenden Kolbenboden, die sich über in
ihrer Trennungsebene liegende Auflageflächen aufeinander
abstützen und die durch in entsprechende Bohrungen
eingesetzte Schrauben gegeneinander verspannt sind, wobei
zwischen Kolbenkörper und Kolbenboden ein zentraler,
kurbelraumseitig mit einer Öffnung versehener Kühlraum
besteht, von dem aus sich gegenüber der Trennungsebene
geneigte, radial nach außen verlaufende sacklochartige
Ausnehmungen mit auf einem Mittelkreis liegenden
Öffnungen bis in den Bereich hinter dem Feuersteg und dem
Kolbenbodenrand erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmungen (15) im Querschnitt die Form eines
Langlochs besitzen.
2. Gebauter, ölgekühlter Kolben für Dieselmotoren,
insbesondere für mittelschnellaufende Dieselmotoren mit
hoher Aufladung, bestehend aus einem den Kolbenbolzen
aufnehmenden Kolbenkörper und einem die Ringpartie und
den Feuersteg tragenden Kolbenboden, die sich über in
ihrer Trennungsebene liegende, auf konzentrischen
Abstützbunden angeordnete, kreisringförmige
Auflageflächen aufeinander abstützen und die durch in
entsprechende Bohrungen eingesetzte Schrauben
gegeneinander verspannt sind, wobei die Abstützbunde die
äußere Begrenzung eines zentralen Kühlraums und die
radiale innere Begrenzung des hinter der Ringpartie
verlaufenden Kühlkanals bilden, von dem aus sich
gegenüber der Trennungsebene geneigte, radial nach außen
verlaufende sacklochartige Ausnehmungen mit auf einem
Mittelkreis liegenden Öffnungen bis in den Bereich hinter
dem Feuersteg und dem Kolbenbodenrand erstrecken und der
über in einem der Abstützbunde angebrachte
Überströmbohrungen mit dem zentralen Kühlraum verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (15) im
Querschnitt die Form eines Langlochs besitzen.
3. Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Öffnungswinkel der Langlöcher (15) 20 bis 80°,
vorzugsweise 30 bis 60°, beträgt.
4. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Boden der Langlöcher (15) die
Form eines Muldengewölbes besitzt.
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