DE844990C - Kolben mit Kuehleinrichtung mit Tauchrohren fuer schnellaufende Brennkraftmaschinen - Google Patents

Kolben mit Kuehleinrichtung mit Tauchrohren fuer schnellaufende Brennkraftmaschinen

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DE844990C
DE844990C DEM5914A DEM0005914A DE844990C DE 844990 C DE844990 C DE 844990C DE M5914 A DEM5914 A DE M5914A DE M0005914 A DEM0005914 A DE M0005914A DE 844990 C DE844990 C DE 844990C
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DE
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piston
cooling
oil
compensating
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Karl Dr-Ing E H Maybach
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/0015Multi-part pistons
    • F02F3/0023Multi-part pistons the parts being bolted or screwed together
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P3/00Liquid cooling
    • F01P3/06Arrangements for cooling pistons
    • F01P3/10Cooling by flow of coolant through pistons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00Pistons 
    • F02F3/16Pistons  having cooling means
    • F02F3/20Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid

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Description

  • Kolben mit Kühleinrichtung mit Tauchrohren für schnellaufende Brennkraftmaschinen Bei schnellaufenden Brennkraftmaschinen, wie sie insbesondere für Kraftfahrzeuge verwendet werden, sind dem Kolbendurchmesser und damit der Leistung der Maschine vor allem durch die Temperatur des Kolbenbodens Grenzen gesetzt. Eine wesentliche Vergrößerung des Kolbendurchmessers ist an sich durch besondere Kühlung des Kolbens, insbesondere unter Zuführung von Kühlflüssigkeit unter Druck durch Tauchrohre, möglich. Derartige .Ausführungen sind jedoch infolge der eigenen Pumpwirkung solcher Tauchrohre von der Maschinendrehzahl abhängig. Als Kühlflüssigkeit muß bei schnellaufenden Maschinen, um Verunreinigung des Schmieröls zu vermeiden, gleiches 01 wie das Schmieröl der Maschine verwendet werden.
  • Bei solchen Kühleinrichtungen ist vielfach die durch die Eigenpump«-irkung der Tauchrohre bestimmte nicht beeinflußbare Fördermenge des Kühlöls unerwünscht hoch gegenüber den Kühlanforderungen, außerdem treten schon unterhalb der bisher bei schnellaufenden Motoren üblichen höchsten Drehzahlen durch diese Eigenpumpwirkung der Tauchrohre hohe Spitzendrücke innerhalb des Kolbenkühlraums auf, die durch das ungewöhnlich große Verhältnis von Hub zu Bohrung der als Pumpe wirkenden Tauchrohre entstehen.
  • Andererseits treten bei der entgegengesetzten Bewegung der Tauchrohre aus denselben Gründen Unterdrücke im Kolbenkühlraum auf, die ein Abreißen der ölsäulen in den Tauchrohren und damit öldampfbildung, Eintreten von Luft und schließlich ölschaumbildung zur Folge haben.
  • Dies sind die Hauptgründe, weshalb derartige bei lansamlaufenden Motoren bewährte Kolben-.I kühleinrichtungen mittels Tauchrohre bei schnelllaufendem Motoren bisher keine Anwendung finden konnten. Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt und eine von der Drehzahl unabhängige und bei höchsten Drehzahlen anwendbare Kühleinrichtung für die Kolben schnellaufender Maschinen mit Förderung des Kühlöls durch Tauchrohre geschaffen.
  • Durch die Erfindung wird die Eigenpumpwirkung der Tauchrohre auf eine gewünschte Fördermenge von Kühlöl eingeschränkt, gleichzeitig werden die sonst auftretenden schädlichen Über- oder Unterdrücke in dem Kolbenkühlraum dadurch beseitigt, daß in dem Kolben eine Ausgleichvorrichtung vorgesehen wird, durch die während des Abwärtshuhs des Kolbens ein Teil des in den Kühlraum zugeführten Öls aufgenommen und während des Aufwärtshubs des Kolbens wieder abgegeben wird. Diese Ausführung wird vorteilhafterweise so getroffen, daß in dem Kühlraum des Maschinenkoibens ein oder mehrere durch das Kühlöl beaufschlagte und unter dem Gegendruck von Federn stehende Ausgleichkolben oder eine Biegehaut vorgesehen sind, wobei durch die Bemessung von Iiub zu Bohrung und die Belastung des Ausgleichkolbens die :Menge und der Druck des den Kühlraum durchströmenden Öls heeinflußt werden. Der Ausgleichkolben erhält einen verhältnismäßig kleinen Hub und einen großen Durchmesser, also ein gegenüber dem für eine Pumpe unnatürlich großen l-lul)- zu Bohrungsverhältnis der Tauchrohre umgekehrtes Verhältnis von Hul> zu Bohrung. Dadurch wird die hole Drücke erzeugende Wirkung der "Tauchrohre auf ein zulässiges -Maß eingeschränkt. Die .Allstimmung der Ausgleichvorrichtung auf die im einzelnen Falle erwünschte .Förderung geschieht durch entsprechende Bemessung der Federbelastung. Dadurch kann ein hoher Überdruck und schädliche Unterdruckbildung im Kolbenkühlraum vermieden werden.
  • Für die Zuführung des Kühlöls sind bei Kolben nach der Erfindung an sich Ventile nicht unbedingt notwendig, sie können durch eine Zuförderpumpe ersetzt werden. Im Ausbau der Erfindung wird jedoch vor dem Eintritt in das das .Kühlöl zuführende Tauchrohr ein bei Gegendruck im Kühlraum den Zufluß sperrendes Einlaßventil (Rückschlagventil) vorgesehen.
  • Vorteilhafterweise wird auch das austretende Kühlöl über einTauchrohr geleitet. In diesem Falle kann nach diesem Tauchrohr ein Ventil angeordnet werden, das den Austrittsquerschnitt für das Kühlöl schließt, wenn im Kühlraum des Kolbens der Druck im Abflußrohr unterschritten wird. Solche Ventile würden ohne die Einrichtung nach der Erfindung bei schnellaufenden Motoren sehr große Querschnitte erfordern. Bei Anwendung der erfindungsgemäßen Ausgleicheinrichtung braucht durch diese Ventile aber nicht das ganze 01 fließen, welches durch die Tauchrohre in Bewegung gesetzt wird, so daß die Ventile keinen wesentlich größeren Querschnitt als den der Tauchrohre benötigen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß gegebenenfalls praktisch die Ligenpuniliwirkung der Tauchrohre zur Förderung des Öls durch den Kühlraum genügt. Es braucht dann eine eventuelle Zuförderung von außerhalb nur so groß zu sein, daß sie eben dieZuleitung gewährleistet, also zusätzlich die Ölmenge fördert, welche durch Undichtheiten verlorengeht. Die für diesen Zweck vorzusehende Pumpe benötigt deshalb nur sehr geringe Leistung.
  • Die Erfindung wird mit besonderem Vorteil bei Kolben angewandt, die aus einem Hauptkörper und einem Kühlkanäle enthaltenden Bodenteil zusammengesetzt' sind. Dabei wird erfindungsgemäß der Ausgleichkolben in einer liolirung des Hauptkörpers geführt, und seine liodenfläcbe bildet in dem mittleren Teil des Maschinenkolbens den Abschluß der Kühlkanäle.
  • Vorteilhafterweise wird der Ausgleichkolben an einem zentralen Ansatz des N-laschinenkolbens gefiihrt, 'ili dessen Hohlraum Kühlöl ein- und von dort aus in das Bolzenlager der Kolbenstange zur Schmierung desselben übertritt.
  • In der Zeichnung sind in den I# ig. 1 und 2 zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch. größtenteils im Schnitt dargestellt.
  • In Fig. r bedeuten i einen Kolben mit Kühlraum 2, 3 ein in dem Kolben 1 angeordnetes Rohr, in dem ein am Maschinengehäuse befestigtes Tauchrohr 1 für die Zuführung von Kühlöl verschiebbar ist. 5 ist ein weiteres Rohr in (lern Kolben 1 für den Austritt des Kühlöls, in dem ein Tauchrohr 6 verschiebbar ist. Die Rohre 4 und 6 sind an Verbindungsstücken 7 und 8 befestigt, an welche die Zuleitung 9 und die Ableitung to anschließen. i 1 und 12 sind @'erl>indungsrohre. die zu anderen Kolben führen.
  • 13 und 14 sind Ventile in der Zu- und Ableitung des Kühlöls, die durch 1, erlern 1.5 und 16 belastet sind. 2o ist ein Ausgleichkolbeli, der in der BohrUng 21 geführt und durch eine 1#eder 22 belastet ist. die sich gegen einen Teller 23 abstützt. Der Teller 23 liegt in Gier 1?inclrelltlrlg 24 an den Rippen 25 des Kolbens und kann durch eine Aussparung oberhalb der Eindrehung 24 von der Seite her eingeführt und herausgenommen werden.
  • Durch eine nicht besonders dargestellte Fördereinrichtung (Pumpe) wird der Leitung 3 Drucköl über die Leitung 9 zugeführt. Heini Aufwärtshub des Kolbens i wird aus vier Leitung 9 über das Verb» ndungsstück i und (las Ventil 1 3 Drucköl in das Tauchrohr d zugeleitet. von wo es während der Bewegung des Kolbens 1 durch (las Rohr 3 in den Kühlraum übertritt. Das \\-ährend eines Aufwärtshubs in dem Rohr ; freigegebene Volumen ist größer als (las aus der l.eittlrlg o zugeführte Ölvolumen, der Druck in dem 1tiililraurn 2 nimmt deshalt) all. Gleichzeitig tritt aus (lern Raum 2 01 durch das Rohr 5, das Tauchrohr 6, (las Ventil 1 4 und das Verbindungsstück t; in die Leitung 1o aus. Bei Druckabnahme unter derb Außendruck wurde aus der Leitung io 01 eingesaugt. (lies wird jedoch dadurch verhindert, daß das Ventil 1 4 sich schließt. Dafür wird der durch die Feder 21 belastete .@tlsgleichkolben 2o nach oben gedrückt. Dadurch wird (las 0lvolumen in dem Raum 2 entsprechend verringert. \\"enn infolge dieser raschen Bewegung des Kolbens t Unterdruck in dem Raum 2 auftreten wird, wird die Aufwärtsbewegung des Kolbens 20 durch den Atmosphärendruck von außen unterstiitzt.
  • Beim :Abwärtshub desKolbens i schließt sich das Ventil 13 durch den in dem Raum 2 entstehenden Überdruck. Dem Raum 2 wird also kein 01 aus der Leitung 9 mehr zugeführt. vielmehr tritt lediglich (las aus den Rohren 3 und 4 während der Kolbenbewegung verdrängte 01 in den Raum 2 ein, während gleichzeitig ein bestimmter Teil des Kühlöls durch die Rohre 5 und 6, das Ventil i4 und das Verbindungsstück 8 in die Leitung io austritt. Der Ausgleichkolben 2o wird durch den während der Abwärtsbewegung des Kolbens vorhandenen höheren Druck nach unten verschoben. Während der Strömung des Öls durch den Kühlraum 2 nimmt also während jedes Aufwärtshubs des Kolbens i der Druck in dem Kühlraum 2 ab. während der Abwärtsl)ewegung des Kolbens zu, und zwar in dem Maße, wie durch die Feder 22 und das Aufnahmevolumen des Kolbens 20 und sein Hub- und Bohrungsverhältnis bedingt ist.
  • Bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Kolbens nach der Erfindung besteht der Kolben 30 aus einem Hauptkörper 31 und einem Bodenteil 32 mit Kühlkanälen 33. 34 ist ein Ausgleichkolben. der in der Bohrung 35 des HauptkGrpers 31 verschiebbar ist. 36 ist ein an dem Bodenteil 32 angeordneter Ansatz, an dessen Außenfläche die Nahe 37 des Ausgleichkolbens 34 geführt ist. 38 ist ein unterhalb der Bohrung 35 angeordneter Boden. Der Innenraum 39 des .Ansatzes 36 ist durch einen Deckel 4o verschlossen, der- eine Bohrung 41 besitzt. 42 sind Querbohrungen zur Verbindung des Raums 39 mit dem daneben liegenden Kühlraum. 43 sind Federn. die einerseits gegen den Ausgleichkolben 34 drücken und sich andererseits gegen die Platte 38 abstützen. .4.4 ist die .Kolbenstange. Die Zuführung des Öls durch Tauchrohre und die Abführung desselben erfolgt in gleicher Weise wie bei der Ausführung nach Fig. i.
  • Die Wirkung des Ausgleichkolbens ist hei dieser -Ausführung die gleiche wie bei Fig. i. Das durch die Öffnungen 42 in den Raum 39 zutretende 01 tritt (furch die Bohrung 41 in die Kolbenstange -#4 zur Schmierung des Kolbenbolzenlagers über.

Claims (9)

  1. PATENTANSPRÜCHE: r. Kolben für schnellaufende Brennkraft-Inaschinen, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, mit einer I?inrichtung zur Zuführung von Kühlöl durch Tauchrohre, dadurch gekennzeichnet, (laß in dem Kolben eine .Ausgleicheilirichtung vorgesehen ist, durch welche die infolge der eigenen Pumpwirkung der Tauchrohre sich ergebende Fördermenge und Druckhöhe des Kühlöls auf das für die Kühlung erforderliche Maß herabgesetzt wird.
  2. 2. Kolben nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausgleicheinrichtung während des Abwärtshuhs des Kolbens ein Teil des in den Kühlraum zugeführten Öls aufgenommen und während des Aufwärtshubs wieder abgegeben wird.
  3. 3. Kolben nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kühlraum desselben ein durch das Kühlöl beaufschlagter und unter (lern Gegendruck von Federn stehender Ausgleichkolben (2o) vorgesehen ist, wobei durch die Bemessung von Hub und Belastung des Ausgleichkolbens die :enge und der Druck des den Kühlraum durchströmenden Öls eingestellt wird.
  4. 4. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichkolhen einen Durchmesser besitzt, der zum mindesten gleich oder wesentlich größer als der Hub desselben ist.
  5. 5. Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichkolben (20) in einer zentralen Bohrung (21) des Maschinenkolbens geführt ist.
  6. 6. Kolben nach einem oder mehreren der vorliergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Tauchrohren (4,6) Ventile (13, 14) vorgesehen sind, durch welche beim Abwärtshul) des Maschinenkolbens der Zutritt und beim Aufwärtshub desselben der Austritt des Kühlöls selbsttätig abgesperrt wird.
  7. 7. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Hauptkörper und einem Kühlkanäle enthaltenden Bodenteil, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichkolben (34) in einer Bohrung des Hauptkörpers geführt ist und seine Bodenfläche den Abschluß der Kühlkanäle (33) in dem mittleren Teil des -\laschinenkolbens bildet. B.
  8. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, (iaß der Ausgleichkolben (34) an einem zentralen Ansatz des Kolbens (30) geführt ist, in dessen Hohlraum (39) Kühlöl ein- und von dort aus in das Bolzenlager der Kolbenstange (. zur Schmierung übertritt.
  9. 9. Kolben nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleicheinrichtung so bemessen ist, daß durch dieEigenpuml>wirkungderTauchrohre praktisch das gesamte für die Kühlung erforderliche Öl gefördert und daß eine Zuförderpumpe verwendet wird, die nur so viel Öl fördert. (laß die Zuleitung dauernd gefüllt ist.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1086949B (de) * 1958-04-17 1960-08-11 Maybach Motorenbau Gmbh Kolben, besonders fuer Brennkraftmaschinen
US4552344A (en) * 1983-09-12 1985-11-12 Ex-Cell-O Corporation Barrier fluid sealed piston for road wheel suspension
DE3703047C1 (de) * 1987-02-03 1988-06-23 Mtu Friedrichshafen Gmbh Schmieroelkanal

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