WO1999023380A1 - Kolben mit zentralem kühlraum - Google Patents

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Klaus Keller
Peter Kemnitz
Carmen Klusch
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    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/16—Pistons  having cooling means
    • F02F3/20—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston
    • F02F3/22—Pistons  having cooling means the means being a fluid flowing through or along piston the fluid being liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2201/00—Metals
    • F05C2201/04—Heavy metals
    • F05C2201/0433—Iron group; Ferrous alloys, e.g. steel
    • F05C2201/0448—Steel

Definitions

  • the invention relates to a piston for an internal combustion engine with a piston crown and a central cooling space located below the piston crown.
  • a piston is known from JP-GM 60-125338.
  • the lower wall of the cooling chamber is formed by a plate attached to the piston under spring preload.
  • the sheet is supported by means of molded tabs in the upper area of the inner hubs.
  • a disadvantage of this construction is that the sheet has a complicated shape.
  • Another disadvantage of the known construction is that, for reasons of strength, it is not possible for all pistons to provide a support surface for a sheet to be supported on the inner hubs.
  • the invention is therefore concerned with the problem of a piston with a central cooling space and a lower one To create a wall of the cold room forming sheet metal, in which the disadvantages mentioned do not exist and in particular a simple sheet metal is sufficient as the lower cold room wall.
  • the sheet steel made of spring steel is supported and pretensioned by the bolt lying above the pin hub, so that it rests at its ends with a defined contact force on the webs connecting the hubs to one another.
  • the bolt supporting the sheet metal can, as shown in FIG. 3, be produced as a hollow body or also consist of solid material. Steel is preferably used as the bolt material.
  • the bore receiving the bolt can also be designed as a blind bore on one side.
  • the position of the plate relative to the piston can be exactly defined by a bead molded into the plate, with which the plate rests on the pin, compared to plates, the installation position of which is defined by the relatively imprecise internal shape of the piston.
  • the volume of the central cooling space can be changed by varying the position of the bolt supporting the sheet in the direction of the longitudinal piston axis and adapting the sheet shape with the inside shape of the piston unchanged.
  • the sheet metal has a defined gap or recesses towards the hub supports, which allow the cooling oil to drain off in a controlled manner.
  • the position of these drain openings can advantageously be selected so that oil that runs off also lubricates the piston pin bore.
  • Fig. 1 shows a piston according to the invention in cross section in the piston pin direction
  • Fig. 2 is a bottom view of the piston according to the invention
  • Fig. 3 shows a cross section in the pressure-counter pressure direction
  • Fig. 4 shows another embodiment with an adapter sleeve instead of a bolt.
  • An oil-cooled piston 1 has a piston crown 2 and hubs 4 connected in one piece to it by hub supports 3 and a piston shaft 5.
  • An outer cooling channel 6 and a central cooling space 7 are formed in the piston crown 2 and are closed at the bottom by sheets 8 and 9. The cooling oil is supplied via the outer cooling channel 6 and runs through holes in the central cooling space 7 and runs out of the central cooling space through a defined gap between sheet 9 and hub support 3.
  • the sheet 9 closing the central cooling space 6 is pressed upwards by a bolt 10, which is pressed into the hub supports 3 above the pin boss, against the webs 11 connecting the hub supports 3.
  • the bolt 10 lies in a bead 12 of the plate 9. This ensures an exact positioning of the plate relative to the piston.
  • the sheet In the area of its ends, the sheet is adapted to the contour of the webs 11 and their transitions to the hub support by pulling the corners downwards.
  • Fig. 4 shows a piston according to the invention, in which the sheet 9 is supported instead of a bolt 10 by means of an adapter sleeve 13. 4 also shows the piston pin 14, which is present in principle in all the exemplary embodiments, and a connecting rod is indicated.

Abstract

Bei einem Kolben (1) mit einem zentralen, unterhalb des Kolbenbodens liegenden, mit Ö1 beaufschlagbaren Kühlraum (7), bei dem zumindest die untere Wand des Kühlraums (7) durch ein Blech (9) gebildet wird, soll die Fixierung des Blechs (9) am Kolben (1) möglichst einfach erfolgen. Hierzu weist der Kolben (1) oberhalb des Kolbenbolzens (14) mindestens einen bzw. eine, sich etwa in Richtung der Kolbenbolzenachse erstreckenden, mit dem Kolben (1) verbundenen zweiten Bolzen bzw. Spannhülse (13) mit kleinerem Durchmesser auf, gegen den bzw. gegen die sich das die untere Wand des Kühlraumes (7) bildende Blech (9) abstützt.

Description

Kolben mit zentralem Kühlraum
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor mit einem Kolbenboden und einem unterhalb des Kolbenbodens liegenden zentralen Kühlraum. Aus dem JP-GM 60-125338 ist ein derartiger Kolben bekannt. Die untere Wand des Kühlraums wird durch ein unter Federvorspannung am Kolben befestigtes Blech gebildet. Dabei stützt sich das Blech mittels angeformter Laschen im oberen Bereich der Innennaben ab.
Ein Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, daß das Blech eine komplizierte Formgebung aufweist. Ein weiterer Nachteil der bekannten Konstruktion ist es, daß aus Festigkeitsgründen nicht bei allen Kolben die Möglichkeit besteht, an den inneren Naben eine Auflagefläche für ein abzustützendes Blech zu schaffen.
Eine weitere Möglichkeit zur Schaffung eines zentralen Kühlraumes zeigt die WO 88/04725. Dabei ist im Bereich zwischen den Nabenabstützungen eines Gelenkkolbens ein Blech am Kolben angeschraubt. Insbesondere das Gewindeschneiden und die sichere Befestigung der Schrauben erfordern jedoch einen erheblichen Aufwand.
Die Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, einen Kolben mit einem zentralen Kühlraum und einem die untere Wand des Kühlraums bildenden Blech zu schaffen, bei dem die genannten Nachteile nicht vorliegen und insbesondere ein einfaches Blech als untere Kühlraumwand genügt.
Diese Aufgabe wird bei gattungsgemäßen Kolben gelöst durch eine Ausbildung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das aus Federstahl bestehende Blech wird durch den oberhalb der Bolzennabe liegenden Bolzen gestützt und vorgespannt, so daß es an seinen Enden mit definierter Anlagekraft an den die Naben miteinander verbindenden Stegen anliegt.
Der das Blech abstützende Bolzen kann wie in Fig. 3 dargestellt als Hohlkörper hergestellt sein oder auch aus Vollmaterial bestehen. Als Bolzenwerkstoff wird bevorzugt Stahl eingesetzt .
Die den Bolzen aufnehmende Bohrung kann einseitig auch als Sacklochbohrung ausgeführt sein.
Eine Bearbeitung der Flächen, an denen das Blech anliegt, ist nicht notwendig.
Gleichzeitig kann die Lage des Blechs relativ zum Kolben durch eine in das Blech eingeformte Sicke, mit der das Blech am Bolzen anliegt, exakt definiert werden, verglichen mit Blechen, deren Einbaulage durch Anlage an der relativ unpräzisen Innenform des Kolbens definiert ist.
Bei Bedarf kann durch Lagevariation des das Blech abstützenden Bolzens in Richtung der Kolbenlängsachse und Anpassung der Blechform bei unveränderter Kolbeninnenform das Volumen des zentralen Kühlraums verändert werden. Zu den Nabenabstützungen hin weist das Blech einen definierten Spalt oder Aussparungen auf, die ein kontrolliertes Ablaufen des Kühlöls ermöglichen. Die Lage dieser Ablauf- Öffnungen kann ggfs. vorteilhaft so gewählt werden, daß ablaufendes Öl auch die Kolbenbolzenbohrung schmiert.
Zwar ist es aus der DE 40 39 754 bekannt, ein den äußeren Kühlkanal begrenzendes Blechteil durch einen in der Nabenabstützung eingepreßten Spannstift abzustützen, wobei das Blech mit einer Stirnseite bzw. Kante auf dem Bolzen aufliegt und dadurch eine erhebliche Kantenpressung auftritt, ein erfindungsgemäß zwischen den beiden Nabenabstützungen verlaufender Bolzen bzw. Spannstift, gegen den sich das Blech auf seiner gesamten Breite abstützt, ist daraus jedoch nicht ableitbar.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Kolben im Querschnitt in Kolbenbolzenrichtung
Fig. 2 eine Untersicht des erfindungsgemäßen Kolbens
Fig. 3 einen Querschnitt in Druck-Gegendruckrichtung
Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer Spannhülse anstatt eines Bolzens.
Ein ölgekühlter Kolben 1 weist einen Kolbenboden 2 und einstückig mit diesem durch Nabenabstützungen 3 verbundene Naben 4 und einen Kolbenschaft 5 auf. In den Kolbenboden 2 sind ein äußerer Kühlkanal 6 und ein zentraler Kühlraum 7 eingeformt, die nach unten durch Bleche 8 und 9 abgeschlossen sind. Das Kühlöl wird über den äußeren Kühlkanal 6 zugeführt, läuft durch Bohrungen in den zentralen Kühlraum 7 und läuft durch einen definierten Spalt zwischen Blech 9 und Nabenabstützung 3 aus dem zentralen Kühlraum ab.
Das den zentralen Kühlraum 6 abschließende Blech 9 wird durch einen oberhalb des Bolzenauges in die Nabenabstützungen 3 eingepreßten Bolzen 10 nach oben federnd gegen die die Nabenabstützungen 3 verbindenden Stege 11 gedrückt. Der Bolzen 10 liegt dabei in einer Sicke 12 des Blechs 9. Dadurch wird eine exakte Positionierung des Blechs relativ zum Kolben gewährleistet. Im Bereich seiner Enden ist das Blech an die Kontur der Stege 11 und deren Übergänge hin zu der Nabenabstützung angepaßt, indem die Ecken nach unten gezogen sind.
Fig. 4 zeigt einen erfindungsgemäßen Kolben, bei dem das Blech 9 anstatt von einem Bolzen 10 mittels einer Spannhülse 13 abgestützt wird. Dargestellt ist in Fig. 4 auch der - prinzipiell bei allen Ausführungsbeispielen vorhandene - Kolbenbolzen 14 und es ist ein Pleuel angedeutet.

Claims

Patentansprüche
1. Kolben (1) für einen Verbrennungsmotor mit einem in Bolzennaben gelagerten Kolbenbolzen (14) und einem Kolbenboden (2) und einem unterhalb des Kolbenbodens (2) liegenden zentralen, mit Öl beaufschlagbaren Kühlraum ( 7 ) , wobei zumindest die untere Wand des Kühlraums (7) durch ein unter Federvorspannung am Kolben (1) fixiertes Blech (9) gebildet ist, gekennzeichnet durch die Merkmale
- oberhalb des Kolbenbolzens (14) weist der Kolben (1) mindestens einen mit dem Kolben (1) verbundenen, sich etwa in Richtung der Kolbenbolzenachse von einer Nabenabstützung zur anderen Nabenabstützung erstreckenden zweiten Bolzen (10) mit dünnerem Durchmesser auf
- das die untere Wand des zentralen Kühlraums ( 7 ) bildende Blech (9) stützt sich federnd gegen den zweiten Bolzen (10) ab.
2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß etwa in der Mitte des Blechs (9) eine Sicke (12) eingeformt ist, mit der sich das Blech (9) gegen den zweiten Bolzen (10) abstützt.
3. Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichne , daß der Kolbenboden (2) des Kolbens (1) aus Stahl besteht.
4. Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Bauart Gelenkkolben.
5. Kolben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekenzeichnet durch die Merkmale
- oberhalb des Kolbenbolzens (14) weist der Kolben (1) mindestens eine mit dem Kolben (1) verbundene, sich etwa in Richtung der Kolbenbolzenachse von einer Nabenabstützung zur anderen Nabenabstützung erstreckende Spannhülse (13) auf,
- das die untere Wand des zentralen Kühlraumes ( 7 ) bildende Blech (9) stützt sich federnd gegen die Spannhülse (13) ab.
6. Kolben nach Anspruch 5 , dadurch gekennzeichne , daß etwa in der Mitte des Blechs (9) eine Sicke (12) eingeformt ist, mit der sich das Blech (9) gegen den zweiten Bolzen (10) abstützt.
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