DK174378B1 - Piston for an internal combustion engine - Google Patents

Piston for an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
DK174378B1
DK174378B1 DK199800448A DK44898A DK174378B1 DK 174378 B1 DK174378 B1 DK 174378B1 DK 199800448 A DK199800448 A DK 199800448A DK 44898 A DK44898 A DK 44898A DK 174378 B1 DK174378 B1 DK 174378B1
Authority
DK
Denmark
Prior art keywords
piston
cooling
cooling fluid
fluid
insert
Prior art date
Application number
DK199800448A
Other languages
Danish (da)
Other versions
DK44899A (en
Inventor
Arne Kvistgaard Petersen
Original Assignee
Man B & W Diesel As
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Man B & W Diesel As filed Critical Man B & W Diesel As
Priority to DK199800448A priority Critical patent/DK174378B1/en
Priority to KR1019990010909A priority patent/KR19990078378A/en
Publication of DK44899A publication Critical patent/DK44899A/en
Application granted granted Critical
Publication of DK174378B1 publication Critical patent/DK174378B1/en

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • F02F3/18Pistons  having cooling means the means being a liquid or solid coolant, e.g. sodium, in a closed chamber in piston
    • 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
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16JPISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J1/00Pistons; Trunk pistons; Plungers
    • F16J1/09Pistons; Trunk pistons; Plungers with means for guiding fluids

Description

i DK 174378 B1in DK 174378 B1

Opfindelsen angår et stempel til en forbrændingsmotor, med flere køleindretninger, der er beliggende ved udsparinger i stemplet, hvor hver køleindretning indeholder en primær kølefluid i et hulrum og har et 5 øvre afsnit nærmest stemplets overside og et nedre afsnit, som rager ned i et rum for en sekundær kølefluid.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention This invention relates to a plunger for an internal combustion engine, having several cooling devices located by recesses in the piston, each cooling device containing a primary cooling fluid in a cavity and having an upper portion closest to the upper side of the piston and a lower section projecting into a space. for a secondary cooling fluid.

US-A-5,454,351 beskriver et sådant stempel til en trunkmotor, hvor separate, langstrakte køleelementer 10 indeholdende den primære kølefluid er indstøbt periferisk i stemplet nær ved stempelringsporene. Køleelementerne forløber fra området omkring den øverste stempelring til området omkring underkanten af stempelskørtet. Inden for stempelskørtet er køleelementerne 15 frit nedragende og køles under motorens drift ved plaskekøling. Den primære kølefluid er eksempelvis vand, som under stemplets op- og nedadgående bevægelse rystes kraftigt rundt i hulrummene.US-A-5,454,351 discloses such a piston for a trunk motor wherein separate elongated cooling elements 10 containing the primary cooling fluid are circumferentially embedded in the piston near the piston ring grooves. The cooling elements extend from the area around the upper piston ring to the area around the bottom of the piston skirt. Within the piston skirt, the cooling elements 15 are freely depressing and are cooled during engine operation by splash cooling. The primary cooling fluid is, for example, water which, during the up and down movement of the piston, is shaken vigorously around the cavities.

US-A-4,470,375 beskriver ligeledes et stempel til 20 en trunkmotor, med et integreret køleelement, som indeholder en primær kølefluid. Køleelementet er sammensat af tre rørstykker, som tilsammen udgør en U-form, hvor de to rørstykker forløber fra top til bund af stemplet og foroven forbindes af det tredje rør-25 stykke, som forløber diametralt under stemplets topvæg. Køleelementet er indrettet til at holde stemplet tilnærmelsesvis isotermisk under motorens drift med henblik på at styre stemplets ekspansion og derved opnå bedre hydrodynamiske forhold mellem stempel og cylin-30 dervæg.US-A-4,470,375 also discloses a piston for a trunk motor, with an integrated cooling element containing a primary cooling fluid. The cooling element is composed of three pieces of pipe, which together form a U-shape, where the two pieces of pipe extend from top to bottom of the piston and are connected at the top by the third pipe 25, which runs diametrically below the top wall of the piston. The cooling element is adapted to keep the piston approximately isothermal during engine operation in order to control the piston's expansion and thereby achieve better hydrodynamic relationship between piston and cylinder wall.

Ved de kendte stempler med separate køleelementer, der er presset eller støbt ind i stempelkronens materiale, kan der forekomme isolerende luftlommer mellem køleelementerne og stemplets materiale, hvilket ned 2 DK 174378 B1 sætter køleelementernes evne til at lede varme bort fra stempeltoppen.In the known pistons with separate cooling elements which are pressed or molded into the material of the piston crown, insulating air pockets may exist between the cooling elements and the material of the piston, which reduces the ability of the cooling elements to conduct heat away from the piston top.

Der er endvidere risiko for styrkenedsættende spændinger mellem sådanne indlejrede køleelementer og 5 stemplets materiale på grund af forskellige varmeudvi-delseskoefficienter af henholdsvis køleindsatsenes og stemplets materiale.Furthermore, there is a risk of strength-reducing stresses between such embedded cooling elements and the piston's material due to various heat exchanger coefficients of the cooling inserts and the piston's material, respectively.

Den foreliggende opfindelse har til formål at tilvejebringe et stempel, som har bedre køleegenskaber 10 og større styrkemæssig stabilitet end de ovenfor nævnte kendte stempler.The present invention has for its object to provide a piston having better cooling properties 10 and greater strength stability than the above-mentioned known pistons.

Med henblik herpå er opfindelsen ejendommelig ved, at stemplets materiale i de øvre afsnit af køleindretningerne ligger blotlagt i hulrummene, og at køle-15 indretningernes nedre afsnit er opad åbne, rørformede køleindsatse, der ved deres ydersider er fluidfor-seglende monteret i de tilhørende udsparinger.To this end, the invention is characterized in that the material of the piston in the upper sections of the cooling devices is exposed in the cavities and that the lower sections of the cooling devices are upwardly open, tubular cooling inserts, which at their outer sides are fluid-sealed mounted in the corresponding recesses. .

På denne måde opnås en optimal varmeledning fra stemplets materiale til den primære kølefluid, da 20 kølefluiden er i direkte kontakt med stempelmaterialet, og varmeoverførslen derfor ikke hindres af nogen mellemliggende væg med eventuelle luftlommer mellem en køleelementvæg og stempelmaterialet. Blotlægningen af stempelmaterialet i hulrummene muliggør derfor, at der 25 med et relativt lille areal af kontaktfladen for kølefluid kan foretages effektiv varmebortledning fra de termisk hårdest belastede områder nær stempeltoppen, samtidig med at stemplets mekaniske styrke bevares.In this way, an optimal heat conduction is obtained from the piston material to the primary cooling fluid, since the cooling fluid is in direct contact with the piston material and therefore the heat transfer is not hindered by any intermediate wall with any air pockets between a cooling element wall and the piston material. Therefore, exposing the piston material to the cavities enables effective heat dissipation from the thermal hardest loaded areas near the piston top with a relatively small area of the cooling fluid contact area, while retaining the mechanical strength of the piston.

Varmeoverførslen fra den primære kølefluid til den 30 sekundære kølefluid sker gennem væggen i de rørformede køleindsatse, og disse kan have et kontaktareal, som er langt større end arealet af kontaktfladen mellem stempelmaterialet og den primære kølefluid. På denne måde kan der anvendes en sekundær kølefluid med mindre 35 varmeledningsevne end den primære kølefluid, eksempel- 3 DK 174378 B1 vis kan den primære kølefluid være vand, og den sekundære olie.The heat transfer from the primary cooling fluid to the secondary cooling fluid takes place through the wall of the tubular cooling inserts, and these may have a contact area much larger than the area of the contact surface between the piston material and the primary cooling fluid. In this way, a secondary cooling fluid having less thermal conductivity than the primary cooling fluid can be used, for example, the primary cooling fluid may be water and the secondary oil.

Det er også en fordel, at ydersiderne af de rørformede køleindsatse kun behøver en lille kontakt-5 flade med stempelmaterialet for at være fluidforseglen-de monteret i udsparingerne, idet eventuelle problemer med spændinger mellem indsatsene og stempelmaterialet kun fremkommer ved kontaktfladen.It is also an advantage that the outer sides of the tubular cooling inserts only need a small contact surface with the piston material to be fluid-sealed mounted in the recesses, since any problems with stresses between the inserts and the piston material appear only at the contact surface.

I en udførelsesform er rummet for den sekundære 10 kølefluid et i stemplet beliggende lukket kammer med indgangs- og udgangsåbninger for kølefluid. Dette er navnlig fordelagtigt for større motorer med stort behov for køling af stemplet, eksempelvis krydshovedmotorer, fordi de i kammeret nedragende køleindsatse kan køles 15 mere sikkert og effektivt, når stemplet vedvarende indeholder en mængde sekundær kølefluid i kammeret umiddelbart omkring indsatsene. Mængden og cirkulationen af kølefluid kan påvirkes gennem placeringen af indgangs- og udgangsåbningerne og af indpumpningen af 20 kølefluid gennem indgangsåbningen. I kammeret sker kølingen af køleindsatsen typisk ved såkaldt plaskekø-ling, idet der normalt er luft til stede i kammeret, og den sekundære kølefluid rystes kraftigt frem og tilbage, når stemplet arbejder.In one embodiment, the space for the secondary cooling fluid is a closed chamber located in the plunger with cooling and inlet and outlet openings. This is particularly advantageous for larger motors with a great need for cooling the piston, for example cross-head motors, because the cooling inserts carried in the chamber can be cooled more safely and efficiently when the piston continuously contains a quantity of secondary cooling fluid in the chamber immediately around the inserts. The amount and circulation of cooling fluid can be affected through the location of the inlet and outlet openings and the pumping of 20 cooling fluid through the inlet opening. In the chamber, cooling of the cooling insert is typically done by so-called splash cooling, with air usually present in the chamber and the secondary cooling fluid being shaken vigorously back and forth as the piston operates.

25 I en foretrukken udførelsesform forløber de øvre afsnit af køleindretningerne i det mindste ud for stemplets topland. I moderne motorer med høj ydelse udsættes cylinderens komponenter for store termiske belastninger, og placeringen af køleindretningernes øvre 3 0 afsnit ud for toplandet, dvs. oven over området med stempelringene, mindsker temperaturniveauet ved stempelringene, hvilket er fordelagtigt både ved stempler med traditionelt og med højt topland.In a preferred embodiment, the upper portions of the cooling devices extend at least to the top of the piston. In modern high-performance engines, the components of the cylinder are subjected to large thermal loads, and the location of the upper sections of the cooling devices off the top land, ie. above the piston ring area, the temperature level of the piston rings decreases, which is advantageous for both traditional and high top country pistons.

I en udførelsesform har hulrummene i køleindret-35 ningerne en øverste afgrænsning, som er beliggende i en 4 DK 174378 B1 afstand fra stempeltoppens overside på ikke mere end 0,15 gange stemplets diameter. For en stempeldiameter på 500 mm kan denne afstand eksempelvis være 40 mm.In one embodiment, the cavities in the cooling devices have an upper boundary which is located at a distance from the upper side of the piston top of no more than 0.15 times the diameter of the piston. For example, for a piston diameter of 500 mm, this distance may be 40 mm.

Herved kan tykkelsen af den del af stemplets topvæg, 5 som adskiller den primære kølefluid fra den meget varme overside af stemplet, minimeres, hvorved varmelednings-evnen af denne "flaskehals" i stempelkølingen kan optimeres, samtidig med at styrkeegenskaberne af stempeltoppen kan tilgodeses.Hereby, the thickness of the portion of the piston top wall 5 which separates the primary cooling fluid from the very hot top surface of the piston can be minimized, thereby optimizing the thermal conductivity of this "bottleneck" in the piston cooling while at the same time taking into account the strength characteristics of the piston top.

10 Den enkelte udsparing kan omfatte en boring og være afsluttet opadtil i en hulrumsdel med større tværsnitsareal end boringen. Den rørformede køleindsats kan let fastgøres i boringen, og denne kan have en relativt lille diameter, samtidigt med at kontaktfladen 15 mellem stempelmaterialet og den primære kølefluid kan være fordelagtigt stort, idet den oven over boringen beliggende hulrumsdel af udsparingen kan have forholdsvis store dimensioner. Det er således muligt at fjerne materiale netop de steder, hvor størst køling er 20 påkrævet.The individual recess may comprise a bore and terminated upwardly in a cavity portion with greater cross-sectional area than the bore. The tubular cooling insert can be easily attached to the bore and may have a relatively small diameter, while the contact surface 15 between the piston material and the primary cooling fluid may be advantageously large, the cavity portion of the recess above the bore having relatively large dimensions. Thus, it is possible to remove material precisely at the places where maximum cooling is required.

Udsparingerne kan endvidere være opadtil afrundede, så der undgås spændingskoncentrationer i det højest belastede stempelmateriale.Furthermore, the recesses can be rounded upwards to avoid stress concentrations in the highest loaded piston material.

I en yderligere udførelsesform er udsparingerne 25 langstrakte i det væsentlige parallelt med stemplets akse og er beliggende fordelt i omkredsretningen i et ringformet område mellem et i stempeltoppen centralt beliggende hulrum og stemplets ydervæg. De parallelle udsparinger forenkler stemplets fremstilling, og 3 0 radialt inden for udsparingerne kan der være et med stempeltoppen integreret, relativt massivt ribbeagtigt område til kraftoverførsel mellem stempeltoppen og stempelstangen. Køleindretningernes øvre afsnit kan være beliggende i hjørneområdet mellem stemplets 35 topland og overside, og kan eventuelt forløbe skråt i 5 DK 174378 B1 forhold til stemplets akse. Den sekundære kølefluid kan til- eller bortledes via det centrale hulrum, hvori kølefluiden endvidere kan plaskekøle den centrale del af stemplets topvæg.In a further embodiment, the recesses 25 are elongated substantially parallel to the axis of the piston and are disposed circumferentially in an annular region between a cavity centrally located in the piston top and the outer wall of the piston. The parallel recesses simplify the piston manufacture, and radially within the recesses there may be a relatively solid rib-like region integral with the piston top for power transmission between the piston top and the piston rod. The upper part of the cooling devices may be located in the corner area between the top land and the top side of the piston 35 and may possibly extend obliquely in relation to the axis of the piston. The secondary cooling fluid can be supplied or discharged via the central cavity, in which the cooling fluid can also splash cool the central part of the top wall of the piston.

5 I en fordelagtig udførelsesform er der mellem det centrale hulrums øvre del og den enkelte udsparings øvre del boret mindst en kanal, som er afspærret i forhold til det centrale hulrum. Disse ekstra kølekanaler forløber delvist gennem det ribbeformede område nær 10 ved stemplets topvæg og giver forbedret køling af den relativt store materialekoncentration i dette område.In an advantageous embodiment, at least one channel is drilled between the upper portion of the central cavity and the upper portion of the individual recess, which is blocked relative to the central cavity. These additional cooling channels extend partially through the rib-shaped region near 10 at the top wall of the piston and provide improved cooling of the relatively large material concentration in this region.

Da kanalerne er afspærrede, er der intet gennemløb af kølefluid gennem kanalerne, men som følge af stemplets bevægelser vil kølefluid løbe ind i kølekanalerne og 15 derefter, eventuelt ved fordampning, forlade kanalerne igen samme vej som den løb ind.Since the ducts are blocked, there is no flow of cooling fluid through the ducts, but as a result of the piston's movements, the cooling fluid will flow into the cooling ducts and then, possibly by evaporation, leave the ducts again in the same way as it entered.

I en yderligere fordelagtig udførelsesform har hver køleindsats ved sin opad åbne ende et ydre rundt-gående monteringsområde, som er fikseret i den til-20 svarende udsparing i afstand fra dennes nedre ende, og køleindsatsen har under sit monteringsområde mindre ydre diameter end udsparingens indre diameter, således at der mellem køleindsatsen og udsparingen er et rundt-gående kammer for den sekundære kølefluid. Ved at 25 placere monteringsområdet i en passende afstand fra udsparingens nedre ende kan forholdet mellem det effektive varmevekslingsareal i køleindretningernes øvre afsnit, hvori stemplet køles, og det effektive varmevekslingsareal i køleindretningernes nedre afsnit, 30 hvor der sker en varmeoverførsel fra den primære kølefluid til den sekundære kølefluid, tilpasses en aktuel stempelkonstruktion, eksempelvis kan forholdet mellem disse arealer være fra tre til fem. Et kammer for den sekundære kølefluid strækker sig omkring 35 køleindsatsene opad til monteringsområdet.In a further advantageous embodiment, each cooling insert at its upwardly open end has an outer circumferential mounting region which is fixed in the corresponding recess at a distance from its lower end, and the cooling insert has less outer diameter under its mounting area than the inner diameter of the recess. , so that between the cooling insert and the recess there is a circular chamber for the secondary cooling fluid. By positioning the mounting region at a suitable distance from the lower end of the recess, the ratio between the effective heat exchange area in the upper section of the cooling devices in which the plunger is cooled and the effective heat exchange area in the lower section of the cooling devices, where a heat transfer occurs from the primary cooling fluid to the secondary cooling fluid, a current piston construction is adapted, for example the ratio of these areas can be from three to five. A chamber for the secondary cooling fluid extends about 35 cooling inserts upwards to the mounting area.

6 DK 174378 B16 DK 174378 B1

Hver køleindsats kan på sin yderside have køleribber, der forøger det effektive varmevekslingsareal mellem køleindsatsene og den sekundære kølefluid og giver mulighed for at hele køleindsatsen gøres mindre, 5 eksempelvis kortere for et givet varmevekslingsareal, hvilket er en særlig fordel ved stempler til en kryds-hovedmotor, hvor stemplet i sin nedre dødpunktsstilling befinder sig umiddelbart oven over en mellembund, der begrænser stempelhøjden.Each cooling insert may have cooling ribs on its exterior which increase the effective heat exchange area between the cooling inserts and the secondary cooling fluid and allow the entire cooling insert to be reduced, for example shorter for a given heat exchange area, which is a particular advantage of pistons for a cross main engine. , where the piston in its lower dead center position is immediately above an intermediate bottom which limits the piston height.

10 Køleindsatsene kan endvidere være monteret elastisk i udsparingerne, eksempelvis ved hjælp af en bælgtætning, såsom en ombukket krave, som langs sin yderrand er fastgjort til udsparingen. På denne måde kan kompenseres for eventuelle deformationer som følge 15 af forskellig varmeudvidelseskoefficient af stempelmaterialet og køleindsatsen.The cooling inserts can furthermore be elastically mounted in the recesses, for example by means of a bellows seal, such as a folded collar, which is attached to the recess along its outer edge. In this way, any deformations due to different coefficient of thermal expansion of the piston material and cooling insert can be compensated for.

Køleindsatsene kan med fordel være monteret i udsparingerne ved lodning, hårdlodning eller svejsning, der kan give en god og driftssikker aftætning.The cooling inserts can advantageously be mounted in the recesses by soldering, brazing or welding, which can provide a good and reliable seal.

2 0 Endvidere kan køleindsatsene med fordel være i det mindste delvis af aluminium- eller kobberlegeringer, som har en god varmeledningsevne og relativt stor blødhed i forhold til det jernbaserede stempelmateriale.In addition, the cooling inserts may advantageously be at least partially of aluminum or copper alloys which have a good thermal conductivity and relatively high softness relative to the iron-based piston material.

25 I en udførelsesform har hver køleindsats mindst en sensor til konstatering af, om køleindretningens hulrum indeholder en mængde kølefluid. Det er på denne måde muligt at kontrollere, om køleindretningerne i det mindste indeholder en ønsket minimumsmængde kølefluid, 30 uden at skulle adskille stemplet.In one embodiment, each cooling insert has at least one sensor for detecting whether the cooling device cavity contains an amount of cooling fluid. In this way, it is possible to check whether the cooling devices contain at least a desired minimum amount of cooling fluid, without having to separate the piston.

I en videreudvikling heraf er den primære køle-fluid elektrisk ledende, og sensoren i hver køleindsats omfatter mindst et elektrisk ledende element, som er frit tilgængeligt inden i køleindsatsen og er i kontakt 3 5 med kølefluiden, når der er en tilstrækkelig mængde 7 DK 174378 B1 heraf, hvorved tilstedeværelsen af kølefluid i køleindsatsen kan konstateres ved simpel ohmsk måling.In a further development thereof, the primary cooling fluid is electrically conductive, and the sensor in each cooling insert comprises at least one electrically conductive element which is freely available within the cooling insert and is in contact with the cooling fluid when there is a sufficient amount. B1 thereof, whereby the presence of cooling fluid in the cooling insert can be ascertained by simple ohmic measurement.

I en alternativ udførelsesform er den primære kølefluid elektrisk isolerende, og sensoren omfatter et 5 kapacitororgan, som er frit tilgængeligt inden i køleindsatsen. En mængde af kølefluid inden i køleindsatsen kan så konstateres ved kapacitansmåling.In an alternative embodiment, the primary cooling fluid is electrically insulating, and the sensor comprises a capacitor means which is freely available within the cooling insert. An amount of cooling fluid within the cooling insert can then be detected by capacitance measurement.

Sensorerne i køleindsatsene i et stempel kan være indbyrdes forbundne og tilsluttet et målested for 10 fælles måling af, om alle køleindsatsene i stemplet indeholder en forudbestemt mindste mængde af kølefluid. Målestedet vil enten kunne være tilgængeligt efter standsning af motoren, eller endog under drift af denne.The sensors in the cooling inserts in a piston may be interconnected and connected to a measuring point for 10 common measurement of whether all the cooling inserts in the piston contain a predetermined minimum amount of cooling fluid. The target location may either be accessible after the engine has stopped, or even during operation.

15 Køleindsatsene kan desuden være fremstillet eller samlet af et materiale, som smelter ved temperaturer større end omkring 300°C. Hvis der skulle opstå en lækage i en køleindretning, således at den primære kølefluid trænger ud, så vil temperaturen ved køleind-20 retningen stige, og køleindsatsen vil smelte ved overskridning af den konstruktionsmæssigt fastsatte smeltetemperatur. Derefter vil den sekundære kølefluid have adgang til udsparingen og køle stemplet nødtørftigt, hvorved overophedning af stemplerne kan undgås, 25 og det kan være muligt at drive motoren ved nedsat effekt.In addition, the cooling inserts may be made or assembled from a material which melts at temperatures greater than about 300 ° C. If a leakage should occur in a cooling device so that the primary cooling fluid penetrates, then the temperature of the cooling device will rise and the cooling insert will melt by exceeding the design melting temperature. Thereafter, the secondary cooling fluid will have access to the recess and cool the plunger as necessary, thereby avoiding overheating of the plungers, 25 and it may be possible to operate the engine at reduced power.

Den primære kølefluid kan yderligere være tilsat et sporstof, som er detekterbart uden for køleindretningerne i tilfælde af lækage af en køleindretning.The primary cooling fluid may further be added to a tracer which is detectable outside the cooling devices in the event of a cooling device leakage.

30 Dette giver mulighed for overvågning af køleindretningerne også under drift af motoren, eksempelvis ved prøveudtagning fra den sekundære kølefluid, hvori eventuelt lækket sporstof kan optræde.This allows monitoring of the cooling devices also during operation of the engine, for example by sampling from the secondary cooling fluid, in which any leaked tracer may occur.

8 DK 174378 B18 DK 174378 B1

Opfindelsen vil i det følgende blive forklaret nærmere ved hjælp af eksempler på udførelsesformer under henvisning til den skematiske tegning, på hvilken fig. 1 viser en udførelsesform for stemplet ifølge 5 opfindelsen, delvis i radialt snit, fig. 2 stempeltoppen af stemplet i fig. 2, set nedefra inden montering på stempelstangen og med monterede køleindsatse i udsparingerne, og fig. 3 et snitbillede af en udførelsesform for en 10 elastisk fastgørelse af en rørformet køleindsats i en udsparing i et stempel.The invention will now be explained in more detail by way of examples of embodiments with reference to the schematic drawing, in which FIG. 1 shows an embodiment of the piston according to the invention, partly in radial section; FIG. 2 shows the piston top of the piston of FIG. 2, seen from below before mounting on the piston rod and with mounted cooling inserts in the recesses; and FIG. 3 is a sectional view of one embodiment of an elastic attachment of a tubular cooling insert in a recess in a piston.

I fig. 1 ses et stempel 1 ifølge opfindelsen. Det viste stempel er til en totakts krydshovedmotor og kan afhængigt af motorstørrelsen udføres i forskellige 15 størrelser med diametre, der typisk kan ligge i intervallet fra 250 mm til 1000 mm.In FIG. 1 shows a piston 1 according to the invention. The piston shown is for a two-stroke cross-head motor and, depending on the motor size, can be made in various sizes of diameters, typically ranging from 250 mm to 1000 mm.

Under forbrændingen i motoren stiger cylindertrykket over stemplet til et maksimalt forbrændingstryk, der eksempelvis kan være mellem 160 og 200 bar, og 20 samtidig stiger temperaturen i cylinderens øvre ende til mere end 500°C. Stemplets overside er områdevis hårdt belastet, og der stilles store krav til såvel stemplets kølesystem som dets styrkemæssige egenskaber. Stemplet 1 har en stempeltop 2, som er monteret på 25 en central stempelstang 3, og et cylinderformet skørt 4, som er monteret neden under og i forlængelse af stempeltoppen 2 og således danner den nederste del af stemplets yderside 5. Stempeltoppen 2 er sædvanligvis fremstillet af stål og med en øvre påsvejst, ikke vist 30 belægning af et særligt varmebestandigt materiale, og den kan enten være fremstillet ved bearbejdning af et massivt, cylinderformet emne eller af et støbt emne, idet støbning fortrinsvis er egnet til større stempler, eksempelvis med en diameter på over 600 mm.During combustion in the engine, the cylinder pressure above the piston rises to a maximum combustion pressure, which can be, for example, between 160 and 200 bar, and at the same time the temperature in the upper end of the cylinder rises to more than 500 ° C. The upper surface of the piston is severely stressed in areas, and great demands are placed on both the piston's cooling system and its strength properties. The piston 1 has a piston top 2 which is mounted on a central piston rod 3 and a cylindrical skirt 4 which is mounted below and in extension of the piston top 2 and thus forms the lower part of the outer surface of the piston 5. The piston top 2 is usually made of steel and with an upper welded, not shown coating of a particularly heat-resistant material, and it can be made either by machining a solid, cylindrical workpiece or a molded workpiece, casting being preferably suitable for larger pistons, e.g. diameter over 600 mm.

9 DK 174378 B19 DK 174378 B1

Stempeltoppen 2 er udformet som et integreret emne, der omfatter en topvæg 6 med konkav overside, en nedad forløbende, cylinderformet ydervæg 7, som danner den øvre del af stemplets yderside 5, og i hvis nedre 5 del flere stempelringe 8 på kendt vis er lejret i cirkulære spor, og en ligeledes nedad forløbende, cylinderformet ribbe 9, som ligger inden for ydervæggen 7 og omgiver et centralt hulrum 19, som ligger i stempeltoppen 2 umiddelbart under topvæggen 6. Den 10 cylinderformede ribbe 9 har en nedre vandret anlægsflade, som på kendt vis ved hjælp af flere ikke viste bolte er spændt mod en øvre anlægsflade på stempelstangen 3. Ribben 9 er derfor det bærende element, som overfører de store aksialkræfter mellem stemplet 1 og 15 stempelstangen 3 under motorens drift.The piston top 2 is configured as an integral member comprising a top wall 6 with concave top face, a downwardly extending cylindrical outer wall 7 which forms the upper part of the outer surface 5 of the piston and in the lower 5 part several piston rings 8 are mounted in a known manner. in circular grooves, and a downwardly cylindrical rib 9 extending within the outer wall 7 surrounding a central cavity 19 located in the piston top 2 immediately below the top wall 6. The 10 cylindrical rib 9 has a lower horizontal abutment surface which known in the art by means of several bolts not shown, is tensioned against an upper abutment surface of the piston rod 3. The rib 9 is therefore the supporting element which transmits the large axial forces between the piston 1 and the piston rod 3 during the operation of the motor.

Ribben 9 er forholdsvis høj , hvorved muliggøres en høj ydervæg 7 af stempeltoppen 2, og dermed et højt topland 10, som udgør den mellem stemplets overside og den øverste stempelring 8 beliggende frie del af 20 stemplets yderside 5. Stempelringene 8 er på denne måde placeret forholdsvis langt nede på stemplet 1, og de undgår derfor den meget store varmepåvirkning og den deraf følgende risiko for koksaflejring ved stemplets overside.The rib 9 is relatively high, thereby enabling a high outer wall 7 of the piston top 2, and thus a high top land 10, which constitutes the free portion of the outer surface of the piston 8 which is located between the upper side of the piston and the upper piston ring 8. relatively far down on the piston 1, and therefore they avoid the very large heat effect and the consequent risk of coke deposition at the top of the piston.

25 Det fremgår endvidere, at mellemrummet imellem stempeltoppens ydervæg 7 og ribben 9 er udfyldt af materiale ud i ét med stempeltoppen 2, og at der i dette materiale er en flerhed af i stemplets omkredsretning jævnt fordelte udsparinger i form af med 30 stempelaksen parallelle boringer 11, som har opadtil afrundede blindender 12 ved stempeltoppen 2's topvæg 6 og strækker sig ned til et ringformet kammer 13, som er udformet delvist i den nedre del af materialet i mellemrummet imellem ydervæggen 7 og ribben 9, samt i 35 stempelskørtet 4. Boringerne 11 er på tegningen vist 10 DK 174378 B1 cylindriske, men de kan også have en anden form, eksempelvis konisk. Det massive materiale, som ligger imellem og hænger sammen med ydervæggen 7 og ribben 9, afstiver ydervæggen 7 betydeligt og muliggør således en 5 solid ydervæg 7 på trods af det ovenfor omtalte høje topland 10.It is further apparent that the space between the outer wall 7 of the piston top and the rib 9 is filled in material integrally with the piston top 2, and that in this material there are a plurality of recesses evenly distributed in the circumferential direction of the piston in the form of bores parallel to the piston axis 11. which has upwardly rounded blind ends 12 at the top wall 6 of the piston top 2 and extends down to an annular chamber 13 formed partly in the lower part of the material in the space between the outer wall 7 and the rib 9, as well as in the piston skirt 4. The bores 11 are In the drawing shown, they may also be of a different shape, for example conical. The solid material which lies between and adheres to the outer wall 7 and the rib 9 stiffens the outer wall 7 considerably and thus enables a solid outer wall 7 despite the high top 10 mentioned above.

I hver boring 11 er der koaksialt indsat en rørformet køleindsats 14, som er åben opadtil og lukket nedadtil. Den opadtil lukkede boring 11 og den nedadtil 10 lukkede køleindsats 14 danner tilsammen en køleindretning 29, der indeslutter et langstrakt hulrum 15, som er delvist fyldt med en primær kølefluid 16. Den primære kølefluid 16 er en fluid, som har en forholdsvis stor varmeledningsevne, eksempelvis vand. I køle-15 indretningen 29's øvre afsnit ligger stempelmaterialet således frit i hulrummet 15, som i dette område afgrænse s opadtil af blindenden 12 og radialt af boringen 11's inderside, og i køleindretningen 29's nedre afsnit afgrænses hulrummet 15 af køleindsatsen 14's inderside.In each bore 11 is a coaxially inserted tubular cooling insert 14 which is open upwards and closed downwards. The upwardly closed bore 11 and the downwardly closed cooling insert 14 together form a cooling device 29 which encloses an elongated cavity 15 partially filled with a primary cooling fluid 16. The primary cooling fluid 16 is a fluid having a relatively high thermal conductivity. for example water. Thus, in the upper portion of the cooling device 29, the piston material lies freely in the cavity 15, which in this area is bounded upwardly by the blind end 12 and radially of the inside of the bore 11, and in the lower section of the cooling device 29, the cavity 15 is delimited by the inside of the cooling insert 14.

20 Antallet af køleindretninger 29 kan varieres efter de aktuelle forhold, eksempelvis kan mellem 10 og 20 være passende.The number of cooling devices 29 can be varied according to the current conditions, for example between 10 and 20 may be appropriate.

Køleindsatsene 14 kan også indrettes i stempler, hvor boringerne 11 er fordelt på anden måde end vist i 25 figurerne, eksempelvis kan køleindsatsene 14 monteres i boringer, som udgår fra et centralt hulrum i stemplet, såsom det er tilfældet i stempler af typen Sulzer RTA. Køleindsatsene 14 kan i dette tilfælde rage ned i det centrale hulrum for varmeveksling med den sekundære 30 kølefluid.The cooling inserts 14 can also be arranged in pistons where the bores 11 are distributed differently than shown in the figures, for example, the cooling inserts 14 can be mounted in bores which originate from a central cavity of the piston, as is the case in pistons of the type Sulzer RTA. In this case, the cooling inserts 14 can project into the central heat exchange cavity with the secondary cooling fluid.

Køleindsatsen 14 er i den viste udførelsesform monteret i boringen 11 med sin øvre rand 17 omtrent ud for den øverste stempelring 8. Køleindretningen 29's øvre afsnit, hvor den primære kølefluid 16 køler det i 35 hulrummet 15 fritliggende stempelmateriale, er derfor 11 DK 174378 B1 beliggende ud for stemplets topland 10. Hvert hulrum 15 er i køleindretningen 29's øvre afsnit endvidere udvidet med to ekstra kølekanaler 27, som er fremstillet ved boring fra det centrale hulrum 19 i over-5 gangsområdet mellem topvæggen 6 og ribben 9, således at kanalerne 27 udmunder øverst i blindenderne 12, som opadtil afgrænser hulrummene 15. De ekstra kølekanaler 27 er efter udboringen blevet aflukket ved deres udmunding i det centrale hulrum 19 med en prop 28, 10 således at de kun står i forbindelse med hulrummene 15 i køleindretningerne 29. Kanalerne 27, som ses i snit i fig. 1 og 3, og fra enden i fig. 2, forløber i området, hvor ribben 9 er integreret med topvæggen 6, og tjener til ekstra køling af dette område, hvor 15 forholdsvis meget materialemasse er koncentreret. Da kanalerne 27 er forholdsvis tynde, er der bevaret en god styrke af stemplet i dette område. Disse ekstra kølekanaler 27 kan udelades, ligesom der også kan være kun en eller eventuelt flere end to kanaler 27 for hver 2 0 køleindretning. Det er desuden muligt at øge det effektive varmevekslingsareal mellem stempelmaterialet og den primære kølefluid 16 på andre måder end med de viste ekstra kanaler 27, eksempelvis kan blindenderne 12 have en større diameter end de nedenunder beliggende 25 boringer 11, eller hvert hulrum 15 kan opadtil være afgrænset af flere ved siden af hinanden beliggende opad afrundede bundhuller, i stedet for en blindende 12 .In the illustrated embodiment, the cooling insert 14 is mounted in the bore 11 with its upper edge 17 approximately opposite the upper piston ring 8. The upper section of the cooling device 29, where the primary cooling fluid 16 cools the piston material exposed in the cavity 15, is therefore located 11 further, in the upper portion of the cooling device 29, each cavity 15 is expanded by two additional cooling channels 27 produced by drilling from the central cavity 19 in the transition area between the top wall 6 and the rib 9, so that the channels 27 open at the top of the blind ends 12, which upwardly delineate the cavities 15. The additional cooling ducts 27 have been closed after the bore at their opening in the central cavity 19 with a plug 28, 10 so that they only communicate with the cavities 15 in the cooling devices 29. The ducts 27 , which is seen in section in FIG. 1 and 3, and from the end of FIG. 2, extends in the region where the rib 9 is integrated with the top wall 6, and serves to provide additional cooling of this region where 15 relatively high mass of material is concentrated. As the channels 27 are relatively thin, a good strength of the piston is maintained in this area. These additional cooling ducts 27 may be omitted, and there may also be only one or optionally more than two ducts 27 for each cooling device. In addition, it is possible to increase the effective heat exchange area between the piston material and the primary cooling fluid 16 in other ways than with the shown extra channels 27, for example, the blind ends 12 may have a larger diameter than the 25 bores 11 located below, or each cavity 15 may be upwards. bounded by several adjacent side-up, rounded bottom holes, instead of a blinding 12.

Langs sin øvre rand 17 er køleindsatsen 14 fast-30 gjort fluidforseglende til boringen 11's inderside, og neden under det randformede monteringsområde 17 har køleindsatsen 14 lidt mindre diameter end boringen 11, således at der mellem køleindsatsen 14 og boringen li er dannet et rundtgående kammer 18, som for neden 35 udmunder i det ringformede kammer 13. Den rørformede 12 DK 174378 B1 køleindsats 14 rager ned i det ringformede kammer 13 og forløber til umiddelbart over bunden af dette, og har på sin yderside langsgående køleribber 22 til varmeveksling med den sekundære kølefluid. I fig, 2 ses 5 køleindsatsene 14 monteret i boringerne 11 i stempeltoppen 2, idet denne ses nedefra inden montering på stempelstangen 3. Hvor det område, som er til rådighed for varmeveksling i køleindretningerne 29's øvre afsnit er meget begrænset, er det derimod klart, at der ikke 10 er umiddelbare begrænsninger for størrelsen af det effektive varmevekslingsareal i køleindretningerne 29's nedre afsnit, idet køleindsatsene 14 vil kunne forlænges nedad ved passende udformning af det ringformede kammer 13 og stempelskørtet 4.Along its upper rim 17, the cooling insert 14 is secured fluid-sealing to the inside of the bore 11, and below the rim-shaped mounting area 17, the cooling insert 14 has a slightly smaller diameter than the bore 11, so that a circular chamber 18 is formed between the cooling insert 14 and the bore 1 , which below 35 opens into the annular chamber 13. The tubular 12 cooling insert 14 projects into the annular chamber 13 and extends immediately above the bottom thereof, and has longitudinal cooling ribs 22 for heat exchange with the secondary cooling fluid. . In Fig. 2, the cooling inserts 14 are seen mounted in the bores 11 in the piston top 2, seen from below before mounting on the piston rod 3. Where the area available for heat exchange in the upper sections of the cooling devices 29 is very limited, it is clear, that there are no immediate restrictions on the size of the effective heat exchange area in the lower section of the cooling devices 29, the cooling inserts 14 being able to be extended downwards by the appropriate design of the annular chamber 13 and the piston skirt 4.

15 Den rørformede køleindsats 14 er fremstillet af et materiale, som har en god varmeledningsevne, eksempelvis aluminium eller kobber, hvorved opnås bedst virkning af køleribberne 22. Imidlertid er det også muligt at anvende andre materialer for køleindsatsene 14, 20 eksempelvis stål. Det randformede monteringsområde 17 på køleindsatsen 14 er fortrinsvis fastgjort ved lodning eller svejsning i boringen 11, da problemer med spændinger ved sammenføjningen på denne måde kan minimeres, men det er også muligt at udføre samlingen 25 med gevind eller ved indpresning. Spændinger ved sammenføjningen kan imidlertid også hindres ved at udforme samlingen elastisk, eksempelvis som en bælgsamling. Et eksempel på dette er vist i fig. 3, hvor en rørformet køleindsats 14 ved sin øvre rand er forsynet 30 med en ombukket krave 26, som er tilstrækkelig elastisk til at kunne kompensere for deformationer som følge af forskellige varmeudvidelseskoefficienter af henholdsvis køleindsatsen 14 's og stemplet l's materiale.The tubular cooling insert 14 is made of a material which has a good thermal conductivity, for example aluminum or copper, thereby obtaining the best effect of the cooling ribs 22. However, it is also possible to use other materials for the cooling inserts 14, for example steel. The rim-shaped mounting area 17 of the cooling insert 14 is preferably fixed by soldering or welding in the bore 11, as problems with stresses in the joint in this way can be minimized, but it is also possible to carry out the joint 25 by threading or by pressing. However, stresses on the joint can also be prevented by elastic shaping of the joint, for example as a bellows joint. An example of this is shown in FIG. 3, wherein a tubular cooling insert 14 is provided at its upper edge 30 with a folded collar 26 sufficiently resilient to be able to compensate for deformations due to various heat expansion coefficients of the cooling insert 14's and the piston 1's material, respectively.

Når stemplet 1 under motorens drift bevæger sig op 35 og ned, rystes den primære kølefluid 16 kraftigt op og 13 DK 174378 B1 ned inden i hulrummene 15 i køleindretningerne 29. I de øvre afsnit af køleindretningerne 29 kommer den primære kølefluid 16 direkte i kontakt med stemplets materiale, da dette ligger frit i hulrummene 15, og der sker 5 derfor en god varmeoverførsel fra stempelmaterialet til kølefluiden 16. I de nedre afsnit af køleindretningerne 29 afgiver kølefluiden 16 varme via køleindsatsene 14 til den sekundære kølefluid. Ved passende valg af den primære kølefluid 16 er det muligt at lade denne 10 fordampe ved kontakten med det varme stempelmateriale i køleindretningerne 29's øvre afsnit for derefter at lade kølefluiden 16 kondensere ved nedkøling i køleindsatsene 14 i køleindretningerne 29's nedre afsnit, men det er ofte tilstrækkeligt at bortlede varmen uden 15 fordampning af kølefluiden.As the piston 1 moves up and down 35 during engine operation, the primary cooling fluid 16 is strongly shaken up and 13 within the cavities 15 of the cooling devices 29. In the upper sections of the cooling devices 29, the primary cooling fluid 16 comes into direct contact with the the material of the piston as it is freely in the cavities 15, and therefore a good heat transfer from the piston material to the cooling fluid 16. In the lower sections of the cooling devices 29, the cooling fluid 16 gives off heat via the cooling inserts 14 to the secondary cooling fluid. By appropriate selection of the primary cooling fluid 16, it is possible to evaporate this 10 upon contact with the hot plunger material in the upper sections of the cooling devices 29, and then to allow the cooling fluid 16 to condense upon cooling in the cooling inserts 14 in the lower sections of the cooling devices 29, but it is often sufficient. to dissipate the heat without evaporation of the cooling fluid.

Ydersiden af hver køleindsats 14 køles ved hjælp af den sekundære kølefluid, idet denne under stemplets drift tilføres gennem en central kanal 21 i stempelstangen 3 til det centrale hulrum 19 i stempeltoppen 2, 20 hvorfra den fordeles til køleindretningerne 29 gennem kanaler 20, som forløber fra øverst i det centrale hulrum 19 og skråt nedad og radialt udad gennem ribben 9 for at udmunde i de rundtgående kamre 18 mellem køleindsatsene 14 og boringerne 11. I det samlede rum, 25 som dannes af de rundtgående kamre 18 omkring køleindsatsene 14 og det tilstødende og neden under beliggende, ringformede kammer 13, rystes den sekundære kølefluid ved drift af motoren kraftigt frem og tilbage under stemplets op- og nedadgående bevægelse, hvorved 30 ydersiden af den rørformede køleindsats 14 og det omkring boringen 11 beliggende stempelmateriale køles ved såkaldt plaskekøling.The outside of each cooling insert 14 is cooled by the secondary cooling fluid, which, during operation of the piston, is fed through a central channel 21 of the piston rod 3 to the central cavity 19 of the piston top 2, 20 from which it is distributed to the cooling devices 29 through channels 20 extending from at the top of the central cavity 19 and inclined downward and radially outwardly through the rib 9 to open into the circumferential chambers 18 between the cooling inserts 14 and the bores 11. In the total compartment 25 formed by the circumferential chambers 18 around the cooling inserts 14 and the adjacent and below annular annular chamber 13, the secondary cooling fluid is shaken vigorously back and forth during the up and down movement of the piston, whereby the exterior of the tubular cooling insert 14 and the piston material located around the bore 11 is cooled by so-called splash cooling.

Fra det ringformede kammer 13 ledes den sekundære kølefluid gennem radiale kanaler 23 i stempelstangen 3 35 til en rundtgående kølefluidkanal 24, som i stempel- 14 DK 174378 B1 stangen forløber koaksialt omkring den aksiale kanal 21, som er adskilt fra kanalen 24 ved hjælp af et tyndvægget rørelement 25.From the annular chamber 13, the secondary cooling fluid is passed through radial channels 23 in the piston rod 35 to an annular cooling fluid channel 24 which in the piston rod extends coaxially around the axial channel 21 which is separated from the channel 24 thin-walled pipe element 25.

Under stemplets drift pumpes den sekundære køle-5 fluid, almindeligvis olie, gennem stemplet, idet der tilvejebringes en trykforskel på eksempelvis fra 1 til 3 bar mellem stemplets kølefluidtilgang og -afgang, det vil sige kanalerne 21, 24 i stempelstangen 3. I ovenstående er kanalen 21 beskrevet som tilgangskanal og 10 kanalen 24 som afgangskanal, men den omvendte strømningsretning er også mulig, ligesom kanaler for tilførsel og bortledning af sekundær kølefluid til og fra det ringformede kammer 13 i det hele taget kan udformes på forskellige måder uden at bevæge sig uden for 15 opfindelsens rammer.During operation of the piston, the secondary cooling fluid, usually oil, is pumped through the piston, providing a pressure difference of, for example, from 1 to 3 bar between the piston cooling fluid inlet and outlet, i.e., channels 21, 24 of the piston rod 3. In the above, channel 21 described as access channel and channel 24 as exit channel, but the reverse flow direction is also possible, just as channels for supplying and diverting secondary cooling fluid to and from the annular chamber 13 can be designed in various ways in different ways without moving without for the scope of the invention.

Det er muligt at efterudruste eksisterende stempler med køleindretninger 29 ifølge opfindelsen. I stempler, som har langstrakte køleudsparinger med under stemplets topvæg beliggende blindender kan udsparin-20 gerne bores dybere, således at topvæggen over udsparingerne bliver tyndere og giver bedre varmeledning. Når der ved konventionel direkte køling af udsparingerne anvendes olie som kølefluid, må tykkelsen af topvæggen ikke være for lille. Ved efterudrustning af et stempel 25 kan topvæggen gøres tyndere, hvis den primære kølefluid eksempelvis er vand, der ikke desintegrerer ved højere temperaturer.It is possible to retrofit existing pistons with cooling devices 29 according to the invention. In pistons which have elongated cooling recesses with blind ends located below the top wall of the piston, the recesses can be drilled deeper, so that the top wall above the recesses becomes thinner and provides better heat conduction. When using conventional direct cooling of the recesses, oil is used as a cooling fluid, the thickness of the top wall must not be too small. When retrofitting a piston 25, the top wall can be thinned if, for example, the primary cooling fluid is water which does not disintegrate at higher temperatures.

De ovenfor beskrevne udførelsesformer for stemplet kan kombineres, og stemplet kan have en anden udform-30 ning end vist på tegningen. Eksempelvis kan køleindsatsen 14 være monteret i boringen 11 med sin øvre rand 17 ud for eller oven over den nederste stempelring 8 på stemplet. Ligeledes er det også muligt at montere køleindsatsene 14 i et traditionelt stempel med for-35 holdsvis lavt topland.The above-described embodiments of the plunger may be combined and the plunger may have a different design than shown in the drawing. For example, the cooling insert 14 may be mounted in the bore 11 with its upper rim 17 above or above the lower piston ring 8 of the piston. Also, it is also possible to mount the cooling inserts 14 in a traditional piston with relatively low top land.

15 DK 174378 B1 I fig. 2 er i en af køleindretningerne 29 med punkterede linier antydet en sensor 30 til konstatering af, om hulrummet 15 i køleindretningen 29 indeholder en mængde kølefluid 16. Sensoren 30 kan omfatte to 5 elektriske poler, som eksempelvis kan være i køleindretningens hulrum 15 frit tilgængelige elementer. Hvis den primære kølefluid 16 er elektrisk ledende kan en kølefluidmængde konstateres ved ohmsk måling over de to poler, og hvis kølefluiden er elektrisk isolerende, kan 10 en fluidmængde måles ved kapacitansmåling over polerne.In FIG. 2, in one of the dotted line cooling devices 29, a sensor 30 is indicated to determine whether the cavity 15 in the cooling device 29 contains an amount of cooling fluid 16. The sensor 30 may comprise two 5 electrical poles which may, for example, be in the cooling device's cavity 15 freely accessible elements. . If the primary cooling fluid 16 is electrically conductive, a quantity of cooling fluid can be ascertained by ohmic measurement across the two poles, and if the cooling fluid is electrically insulating, a quantity of fluid can be measured by capacitance measurement across the poles.

Ved ohmsk måling måles stor modstand, hvis polerne ikke er i kontakt med kølefluiden, og polernes højde over bunden af hulrummet 15 vælges derfor således, at den ønskede minimumsmængde fluid netop berører underkanten 15 af polerne. Det kan også være muligt at anvende andre typer af sensorer 30, såsom eksempelvis ultralydssensorer.In ohmic measurement, great resistance is measured if the poles are not in contact with the cooling fluid and the height of the poles above the bottom of the cavity 15 is therefore chosen such that the desired minimum amount of fluid just touches the lower edge 15 of the poles. It may also be possible to use other types of sensors 30, such as, for example, ultrasonic sensors.

Ved de ovenfor omtalte typer af elektrisk måling er det muligt at montere en sensor 30 i hver køleind-20 retning 29 og forbinde alle disse sensorer 30 i serie, således at modstanden eller kapacitansen over samtlige sensorer 30 kan måles over to kontaktelementer 32, som eksempelvis kan anbringes på stemplets ydervæg 7. Forbindelserne 31 mellem sensorerne og kontaktele-25 menterne 32 er antydet med punkterede linier i fig. 2.In the above-mentioned types of electrical measurement, it is possible to mount a sensor 30 in each cooling device 29 and connect all of these sensors 30 in series so that the resistance or capacitance of all sensors 30 can be measured over two contact elements 32, such as e.g. may be mounted on the outer wall of the piston 7. The connections 31 between the sensors and the contact elements 32 are indicated by dashed lines in FIG. 2nd

Disse kontaktelementer 32 kan være tilgængelige gennem skylleluftporte 33 i cylinderforingen 34 for stemplet 1, således at det er muligt at kontrollere, om der er en mængde kølefluid 16 i samtlige køleindret-30 ninger 29 uden at skulle adskille motoren. Skylle-luftportene 33 og cylinderforingen 34 er ligeledes antydet med punkterede linier i fig. 2.These contact members 32 can be accessed through purging air ports 33 in the cylinder liner 34 of the piston 1, so that it is possible to check if there is a quantity of cooling fluid 16 in all the cooling devices 29 without having to separate the engine. The rinsing air ports 33 and cylinder liner 34 are also indicated by dotted lines in FIG. 2nd

Claims (19)

1. Stempel (l) til en forbrændingsmotor, med flere køleindretninger, der er beliggende ved udsparinger i stemplet, hvor hver køleindretning indeholder en primær 5 kølefluid i et hulrum og har et øvre afsnit nærmest stemplets overside og et nedre afsnit, som rager ned i et rum for en sekundær kølefluid, kendetegnet ved, at stemplets (1) materiale i de øvre afsnit af køleindretningerne (29) ligger blotlagt i hulrumme- 10 ne (15) , og at køleindretningernes (2 9) nedre afsnit er opad åbne, rørformede køleindsatse (14), der ved deres ydersider er fluidforseglende monteret i de tilhørende udsparinger.1. A combustion engine piston (1), having several cooling devices located at recesses in the piston, each cooling device containing a primary 5 cooling fluid in a cavity having an upper section adjacent to the upper side of the piston and a lower section projecting into the a space for a secondary cooling fluid, characterized in that the material of the piston (1) in the upper sections of the cooling devices (29) is exposed in the cavities (15) and that the lower sections of the cooling devices (29) are open, tubular cooling inserts (14) which are fluid-sealed at their outer sides in the corresponding recesses. 2. Stempel (1) ifølge krav 1, kendeteg- 15. e t ved, at rummet for den sekundære kølefluid er et i stemplet (1) beliggende lukket kammer (13, 18) med indgangs- og udgangsåbninger for kølefluid.Piston (1) according to claim 1, characterized in that the space for the secondary cooling fluid is a closed chamber (13, 18) located in the piston (1) with cooling and fluid inlet and outlet openings. 3. Stempel (1) ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at de øvre afsnit af køleindret- 20 ningerne (29) forløber i det mindste ud for stemplets (1) topland (10).Piston (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the upper portions of the cooling devices (29) extend at least at the top (10) of the piston (1). 4. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at hulrummene (15) i køleindretningerne (29) har en øverste afgræns- 25 ning (12), som er beliggende i en afstand fra stempel-toppens (2) overside på ikke mere end 0,15 gange stemplets (1) diameter.Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cavities (15) in the cooling devices (29) have an upper bounding (12) located at a distance from the piston top (2). upper side of not more than 0.15 times the diameter of the piston (1). 5. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at den enkelte udsparing 30 omfatter en boring (11) og er afsluttet opadtil i en hulrumsdel med større tværsnitsareal end boringen (11).Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the individual recess 30 comprises a bore (11) and is closed upwards in a cavity part with a larger cross-sectional area than the bore (11). 6. Stempel (l) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at udsparingerne er opadtil afrundede. DK 174378 B1Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses are rounded upwards. DK 174378 B1 7. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at udsparingerne er langstrakte i det væsentlige parallelt med stemplets (1) akse og er beliggende fordelt i omkredsretningen i et 5 ringformet område mellem et i stempeltoppen (2) centralt beliggende hulrum (19) og stemplets ydervæg (7).Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the recesses are elongated substantially parallel to the axis of the piston (1) and are disposed circumferentially in an annular region between a centrally located in the piston (2). cavity (19) and piston outer wall (7). 8. Stempel (1) ifølge krav 7, kendetegnet ved, at der mellem det centrale hulrums (19) øvre del og den enkelte udsparings øvre del er boret 10 mindst en kanal (27) , som er afspærret i forhold til det centrale hulrum (19).Piston (1) according to claim 7, characterized in that at least one channel (27) is blocked between the upper part of the central cavity (19) and the upper part of the individual recess (27) which is blocked relative to the central cavity ( 19). 9. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at hver køleindsats (14) ved sin opad åbne ende har et ydre rundtgående mon- 15 teringsområde (17), som er monteret i den tilsvarende udsparing i afstand fra dennes nedre ende, og at køleindsatsen (14) under sit monteringsområde (17) har mindre ydre diameter end udsparingens indre diameter, således at der mellem køleindsatsen (14) og udsparingen 2. er et rundtgående kammer (18) for den sekundære køle-fluid.Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each cooling insert (14) has at its upwardly open end an outer circumferential mounting region (17) mounted in the corresponding recess at a distance from its the lower end, and that the cooling insert (14) below its mounting region (17) has a smaller outer diameter than the inner diameter of the recess, so that there is between the cooling insert (14) and the recess 2. a circular chamber (18) for the secondary cooling fluid. 10. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at hver køleindsats (14) på sin yderside har køleribber (22) , der fortrinsvis er 25 1angsgående.Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each cooling insert (14) on its outer side has cooling ribs (22) which are preferably one-way. 11. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at køleindsatsene (14) er monteret elastisk i udsparingerne.Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling inserts (14) are elastically mounted in the recesses. 12. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, 30 kendetegnet ved, at køleindsatsene (14) er monteret i udsparingerne ved lodning, hårdlodning eller svej sning.Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling inserts (14) are mounted in the recesses by soldering, brazing or welding. 13. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at køleindsatsene (14) er DK 174378 B1 i det mindste delvis af aluminium- eller kobberlegeringer .Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling inserts (14) are at least partly of aluminum or copper alloys. 14. Stempel (l) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at hver køleindsats (14) 5 har mindst en sensor (30) til konstatering af, om køleindretningens (29) hulrum (15) indeholder en mængde kølefluid (16).Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that each cooling insert (14) 5 has at least one sensor (30) for determining whether the cavity (15) of the cooling device (29) contains an amount of cooling fluid (16). . 15. Stempel (1) ifølge krav 14, kendetegnet ved, at den primære kølefluid (16) er elektrisk 10 ledende, og at sensoren i hver køleindsats (14) omfatter mindst et elektrisk ledende element, som er frit tilgængeligt inden i køleindsatsen (14).Piston (1) according to claim 14, characterized in that the primary cooling fluid (16) is electrically conductive and the sensor in each cooling insert (14) comprises at least one electrically conductive element which is freely accessible within the cooling insert (14). ). 16. Stempel (1) ifølge krav 14, kendetegnet ved, at den primære kølefluid (16) er elektrisk 15 isolerende, og at sensoren (30) omfatter et kapaci-tororgan, som er frit tilgængeligt inden i køleindsatsen (14) .Piston (1) according to claim 14, characterized in that the primary cooling fluid (16) is electrically insulating and the sensor (30) comprises a capacitor means which is freely accessible within the cooling insert (14). 17. Stempel (l) ifølge et af kravene 14 til 16, kendetegnet ved, at sensorerne (30) i 20 køleindsatsene (14) i et stempel (1) er indbyrdes forbundne og tilsluttet et målested (32) for fælles måling af, om alle køleindsatsene (14) i stemplet (1) indeholder en forudbestemt mindste mængde af køle-fluid (16).Piston (1) according to one of claims 14 to 16, characterized in that the sensors (30) in the cooling inserts (14) of a piston (1) are interconnected and connected to a measuring point (32) for common measurement of whether all the cooling inserts (14) in the piston (1) contain a predetermined minimum amount of cooling fluid (16). 18. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, kendetegnet ved, at køleindsatsene (14) er fremstillet eller samlet af et materiale, som smelter ved temperaturer større end omkring 300°C.Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling inserts (14) are made or assembled from a material which melts at temperatures greater than about 300 ° C. 19. Stempel (1) ifølge et af de ovenstående krav, * 30 kendetegnet ved, at den primære kølefluid (16) er tilsat et sporstof, som er detekterbart uden for køleindretningerne (14) i tilfælde af lækage af en køleindretning (29) . 35Piston (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the primary cooling fluid (16) is provided with a tracer which is detectable outside the cooling devices (14) in the event of a leakage of a cooling device (29). 35
DK199800448A 1998-03-31 1998-03-31 Piston for an internal combustion engine DK174378B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK199800448A DK174378B1 (en) 1998-03-31 1998-03-31 Piston for an internal combustion engine
KR1019990010909A KR19990078378A (en) 1998-03-31 1999-03-30 A piston for an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK199800448A DK174378B1 (en) 1998-03-31 1998-03-31 Piston for an internal combustion engine
DK44898 1998-03-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DK44899A DK44899A (en) 1999-10-01
DK174378B1 true DK174378B1 (en) 2003-01-13

Family

ID=8093670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DK199800448A DK174378B1 (en) 1998-03-31 1998-03-31 Piston for an internal combustion engine

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR19990078378A (en)
DK (1) DK174378B1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005048981B4 (en) * 2005-10-13 2010-04-29 Man B & W Diesel A/S Piston for a crosshead motor

Also Published As

Publication number Publication date
DK44899A (en) 1999-10-01
KR19990078378A (en) 1999-10-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1600621B1 (en) Cylinder liner cooling structure
US4180027A (en) Two-piece oil-cooled piston
KR100958476B1 (en) Stirling engine thermal system improvements
US4013047A (en) Engine with combustion wall temperature control means
JP4224725B1 (en) Cylinder block and manufacturing method thereof
US20090145695A1 (en) Oil pan structure
DK158921B (en) COOLING MACHINE COMPRESSOR
US9797337B2 (en) Oil-cooled piston for an internal combustion engine
JP6165179B2 (en) Piston with auxiliary cooling cavity and internal combustion engine with it
KR20170135879A (en) Design of Zero Oil Cooled (ZOC) Piston Combined Heat Pipe Technology
CN110785553B (en) Double-channel steel piston
EP2821626B1 (en) Piston assembly
DK174378B1 (en) Piston for an internal combustion engine
JP2017515036A (en) Steel piston with filled gallery
EP3377749B1 (en) Piston providing for reduced heat loss using cooling media
EP0927617A1 (en) Hot runner nozzle
DK172217B1 (en) Piston for diesel engines
JP2016169737A (en) Pan system for mechanical housing structure of internal combustion engine
EP1668224B1 (en) Cooling mechanisms for rotary valve cylinder engines
JP2013545932A (en) Vacuum pump
EP2796226A1 (en) Piston with optimum cooling effectiveness for cold-chamber die-casting systems
CN100408837C (en) Cylinder block for a water-cooled internal combustion engine
EP3762599B1 (en) Stirling engine comprising a cooling tube on a working cylinder
JP2016534283A (en) Fluid cooling system
JPS5819327Y2 (en) internal combustion engine piston crown

Legal Events

Date Code Title Description
PBP Patent lapsed

Country of ref document: DK