EP0086284B1

EP0086284B1 - Kolben für mit Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: EP0086284B1
Application number: EP82201613A
Authority: EP
Inventors: Horst Dr. Moebus
Original assignee: Kolbenschmidt AG
Current assignee: Kolbenschmidt AG
Priority date: 1982-02-13
Filing date: 1982-12-17
Publication date: 1986-10-15
Also published as: JPS58148250A; DE3205173A1; EP0086284A1; DE3273824D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben mit kühlölführenden Hohlräumen im aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Kolbenkopf für mit Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen.
Der ständig steigende Bedarf an Leichtölen hat dazu geführt, daß der früher relativ breite Siedeschnitt von Schwerölen durch entsprechende Maßnahmen heute enger ist, mit der Folge, daß die Konzentration der im Rohöl und dümit im Schweröl enthaltenen schädlichen Bestandteile, wie Schwefel, Vanadium und Natrium, angestiegen ist. So können heute im Schweröl bis zu 5 % Schwefel enthalten sein, wovon ca. 0,1 % bei der Verbrennung in Schwefeltrioxid umgewandelt wird und mit Hilfe von Wasserdampf Schwefelsäure bildet. Wenn die Temperatur der den Brennraum umgebenden Wandungen den Säuretaupunkt unterschreitet, kann sich die Schwefelsäure niederschlagen und Korrosion verursachen. Gefährdete Stellen sind insbesondere der Kolben im Bereich der Ringpartie, die Kolbenringe sowie die Zylinderwandung im OT-Bereich. Der durch Säurekorrosion erhöhte Verschleiß führt zu einem vergrößerten Gasdurchlaß und Ölverbrauch. Zur Lösung dieses Problems ist es bereits bekannt, den Schmierölen alkalische Wirkstoffe zuzugeben, die die sauren und korrosiven Verbrennungsprodukte neutralisieren sollen; es bleiben dann Schwefelsäure, Kolben, Kolbenringe und Zylinderwandung durch den Schmierfilm voneinander getrennt, da die Schwefelsäure neutralisiert wird. Allerdings wird auch bei optimaler Schmierfilmausbildung und ausreichendem Neutralisationsvermögen die angestrebte Wirkung nicht voll erreicht, so daß Korrosionsschäden eintreten können.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs beschriebenen Kolben durch konstruktive Maßnahmen so zu gestalten, daß die Temperatur des Kolbens im Bereich der Ringpartie, wenigstens jedoch im Bereich der ersten Kolbenringnute, so angehoben wird, daß keine Unterschreitung des Säuretaupunktes der Schwefelsäure stattfindet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch auf dem Umfang im Bereich hinter der Ringpartie des Kolbens angebrachte Sacklöcher, in die jeweils ein aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehender einen taillierten Schaft besitzender mit seinen Enden unmittelbar mit dem Kolben in Kontakt stehender Stab eingesetzt ist, um einen gezielten Wärmetransport vom Kolben her zu den Bereichen der Ringpartie des Kolbens, in denen eine Temperaturerhöhung zur Verhinderung der Unterschreitung des Taupunktes der Schwefelsäure notwendig ist, zu erreichen.
Die Sacklöcher sind vorzugsweise von der Innenseite des Kolbens und nur in Ausnahmefällen vom Kolbenboden her angebracht.
Beim Kolben für mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen steigt die Außenflächentemperatur des Kolbenbodens radial von innen nach außen an, so daß im Normalfall die Temperatur des Randbereiches des Kolbenbodens radial von innen nach außen von ca. 250 auf ca. 350° C zunimmt. Die Temperatur im Bereich der ersten Kolbenringnute beträgt 100 -120°C, so daß der Säuretaupunkt der Schwefelsäure, der in Abhängigkeit vom Druck und vom Schwefelgehalt des Schweröls bis auf ca. 180°C ansteigen kann, deutlich unterschritten ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehenden Stäbe hinter der Ringpartie des Kolbens gelingt es die Temperatur des Kolbens in diesem Bereich, insbesondere jedoch im Bereich der ersten Kolbenringnute, auf i;: 150°C zu erhöhen, so daß die Gefahr der Unterschreitung des Säuretaupunktes für Schwefelsäure weitgehend beseitigt ist und die für die Bildung der Schwefelsäure anfallenden Komponenten mit den Abgasen ausgestoßen werden können.
Die Sacklöcher können parallel oder geneigt zur Kolbenlängsachse verlaufend angeordnet sein.
Zweckmäßigerweise sind die vorzugsweise aus Kupfer oder Silber bzw. deren Legierungen bestehenden Stäbe in die Sacklöcher eingeschraubt oder eingeklebt.
In der FR-A-2 333 962 ist zwar ein Kolben für Brennkraftmaschinen beschrieben, bei dem im Inneren des Kolbenmantels Hohlräume ausgebildet sind, die sich vom Kolbenschaftende bis zum Kolbenboden erstrecken und mit Metall gefüllt sind, um jedoch unterschiedlich zum Gegenstand der Erfindung eine schnelle Ableitung der Wärme vom Kolbenkopf zum Kolbenschaft zu erzielen. Die Wärme wird vom Kolben zum Zylinder überführt. Auf diese Weise soll erreicht werden, die im Kolbenkopf entstehende Wärme schneller zu verteilen, als es über den Kolbenwerkstoff allein verteilt werden könnte.
Die Erfindung ist in den nachfolgend näher erläuterten Zeichnungen beispielhaft dargestellt.
Es zeigt Fig. 1 den Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines mit den Kühlkanal 1 versehenen Kolbens 2 mit einem hinter der Ringpartie 3 parallel zur Kolbenlängsachse angebrachten Sackloch 4, in das ein einen taillierten Schaft besitzender Kupferstab 5, in der Weise eingeschraubt ist, daß nur seine Enden unmittelbar mit dem Kolben 2 in Kontakt stehen.
Gemäß Fig. 2, die einen Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines Kolbens 6 mit Kühlkanal 7 darstellt, ist der wärmeleitende Kupferstab 8 in ein geneigt zur Kolbenlängsachse verlaufendes von der Kolbeninnenseite her angebrachtes Sackloch 9 eingeschraubt.
Am Beispiel eines gebauten, einen Durchmesser von 320 mm aufweisenden Kolbens, dessen Oberteil aus Stahl und dessen Unterteil aus Gußeisen mit Kugelgraphit bestand und bei dem im Bereich hinter dem Feuersteg und der ersten Kolbenringnute 60 Kupferstifte in entsprechenden Sacklöchern angeordnet waren, konnte durch eine Berechnung der Temperaturfelder bei einem Druck von Pe - 23,5 bar und n = 800 1/min nachgewiesen werden, daß sich die Temperatur unter dem Einfluß der Kupferstifte in der ersten Kolbenringnute gegenüber derjenigen in der ersten Kolbenringnute eines herkömmlichen gebauten Kolbens um 23° C erhöhen läßt.

Claims

1. Kolben mit kühlölführenden Hohlräumen im aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Kolbenkopf für mit Schweröl betriebene Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch auf dem Umfang im Bereich hinter der Ringpartie (3) angebrachte Sacklöcher (4, 9), in die jeweils ein aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehender einen taillierten Schaft besitzender mit seinen Enden unmittelbar mit dem Kolben in Kontakt stehender Stab (5, 8) eingesetzt ist, um einen gezielten Wärmetransport vom Kolben her zu den Bereichen der Ringpartie des Kolbens, in denen eine Temperaturerhöhung zur Verhinderung der Unterschreitung des Taupunktes der Schwefelsäure notwendig ist, zu erreichen.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (4, 9) von der Innenseite des Kolbens (2, 6) her angebracht sind.

3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (13) vom Kolbenboden her angebracht sind.

4. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (4) parallel zur Kolbenlängsachse verlaufend angeordnet sind.

5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sacklöcher (9) geneigt zur Kolbenlängsachse angeordnet sind.

6. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (5,8) aus Kupfer oder Silber bzw. deren Legierungen bestehen.

7. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (5, 8) in die Sacklöcher (4, 9) eingeschraubt sind.

8. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (5, 8) in die Sacklöcher (4, 9) eingeklebt sind.