DE2135896A1

DE2135896A1 - PISTON COOLING FOR COMBUSTION MACHINES

Info

Publication number: DE2135896A1
Application number: DE19712135896
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Broemel; Lothar Dipl Ing Goltz; Juergen Sell
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1971-07-17
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1973-02-01

Description

Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kolbenkühlung für Brennkraftmaschinen, bei der der Kolben mit Schmieröl gekühlt wird, das durch Ubertrittsöffnungen in der Zylinderwand und im Kolbenmantel in Hohlräume des Kolbens gelangt. Piston cooling for internal combustion engines The invention relates on piston cooling for internal combustion engines, in which the piston is filled with lubricating oil is cooled, through transfer openings in the cylinder wall and in the piston skirt gets into cavities in the piston.

Bei Brennkraftmaschinen hoher spezifischer Leistung, insbesondere mit direkter winspritzung, ergeben sich bei Leichtmetallkolben Kolbentemperaturen, die keine weitere Leistungssteigerung mit Rücksicht auf deren Dauerwechselfestigkeit mehr zulassen. Zur Herabsetzung der Kolbentemperatur wird diese duch besondere Einrichtungen zusätzlich gekühlt. Hierbei wird in der Regel eine Spritzölkühlung angewandt, bei der ein gerichteter und dosierter Ölstrahl gegen die Kolbenunterseite gespritzt wird. fles Schmieröl wird dabei in den meisten Fällen dem Schmierölkreislauf entnommen, der für die größere Fördermenge entsprechend ausgelegt ist.In internal combustion engines with high specific power, in particular with direct win injection, with light alloy pistons piston temperatures result, which no further increase in performance with regard to their fatigue strength allow more. To reduce the piston temperature, this is done by special devices additionally cooled. In this case, spray oil cooling is usually used which injects a directed and metered jet of oil against the underside of the piston will. In most cases, the lubricating oil is taken from the lubricating oil circuit, which is designed accordingly for the larger delivery rate.

Eine noch intensivere Kühlung ergibt sich durch Führung des Schmierdlstrahles durch eine in den Kohlbenboden eingegossene Rohrschlange, die besonders die heiße Ringzone und gegebenenfalls den im Kolbenboden angeordneten Brennraum kühlt. Da hierbei aus Gründen einer einfachen Ausführung der Schmierölstrahl nach Austritt aus einer festen Düse bis zum Eintritt in die trichterförmige Bohrung im Kolbenboden nicht zwangsgeführt ist, wird keine vollständige Kanalfullung und auch keine turbulente Strömung in der Rohrschlange erreicht und damit auch keine optimale Kühlwirkung erzielt.Even more intensive cooling is achieved by guiding the lubricating oil jet by a pipe snake cast into the bottom of the cabbage, which is especially hot Ring zone and optionally the combustion chamber arranged in the piston crown cools. There here, for reasons of a simple design, the lubricating oil jet after the exit from a fixed nozzle up to the entry into the funnel-shaped bore in the piston crown is not forcibly guided, there is no complete channel filling and also no turbulent one flow reached in the pipe coil and thus not achieved an optimal cooling effect.

Es ist bekannt (DT PS 720 660), das Kühlmittel für die Kolbenkühlung über Öffnungen in der Zylinderwand und im Kolbenmantel, die über einen Schlitz im Kolbenmantel verbunden sind, einem Kühlraum im Kolben zuzuleiten. Hierbei können keine hohen Ö1-drücke angewendet werden, weil das seitlich aus dem Schlitz austretende Öl Je nach Kolbenspiel eine zu starke Verölung der Zylinderlaufflächen mit nachteiligen Folgen verursacht.It is known (DT PS 720 660), the coolant for piston cooling via openings in the cylinder wall and in the piston skirt, which via a slot in the Piston skirt are connected to feed a cooling space in the piston. Here you can no high oil pressures are used because that is emerging from the side of the slot Oil Depending on the piston clearance, excessive oil build-up on the cylinder sliding surfaces can be detrimental Consequences caused.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer KolbenkUhlung mit Zuführung des Kühlmittels über Öffnungen in der Zylinderwand und dem-KOlbenmantel durch eine geeignete Dichtung den Übertritt von Schmieröl zur Zylinderlaufbahn in engen Grenzen zu halten. Dieses wird bei einer Kolbenkühlung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Übertrittsöffnung im Kolbenmantel durch eine Nut über den ganzen Kolbenhub mit der Übertrittsöffnung in der Zylinderlaufbahn verbunden bleibt und die druckölführende Nut durch Dichtelemente abgedichtet wird.The invention is based on the problem of piston cooling with supply of the coolant via openings in the cylinder wall and the piston jacket the transfer of lubricating oil to the cylinder liner by means of a suitable seal to keep tight limits. In the case of piston cooling, this is the one mentioned at the beginning Kind achieved in that the passage opening in the piston skirt through a groove over the entire piston stroke is connected to the transfer opening in the cylinder liner remains and the pressure oil-carrying groove is sealed by sealing elements.

Hierdurch ist es möglich, die Kolbenkühlung mit hören Drücken zu betreiben, wie dieses bei einem Kolben mit Zwangskühlung mittels eingegossener Kühlschlange zur Erzielung einer turbulenten Strömung notwendig ist. Durch die turbulente Strömung ergibt sich ein Maximum an Wärmeübertragung uld damit eine Absenkung der Höchsttemperaturen in der Ringzone. Zugleich ist es möglicii, die Leistung der Maschine innerhalb der höchstzulässigen Kolbentemperatur zu steigern, ohne daß teuerere gebaute Kolben mit Einzelteilen aus warmfesten Metallen notwendig werden.This makes it possible to operate the piston cooling with audible pressures, like this with a piston with forced cooling by means of a cast cooling coil is necessary to achieve a turbulent flow. Because of the turbulent flow the result is a maximum of heat transfer and thus a lowering of the maximum temperatures in the ring zone. At the same time it is possible the performance of the machine to increase within the maximum permissible piston temperature without the more expensive built Pistons with individual parts made of heat-resistant metals are necessary.

Um über den ganzen Hub eine wirkungsvolle Zwangskühlung ohne pulsierende Unterbrechung zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß der Kolbenmantel nach unten örtlich axial verlängert ist und die Nut mit Dichtelementen in dieser Verlängerung ausläuft.To achieve effective forced cooling without pulsating over the entire stroke To achieve interruption, it is proposed that the piston skirt down is locally extended axially and the groove with sealing elements in this extension expires.

Hierdurch kann der Kolben zugleich eine extrem kurze Baulänge erhalten wie es bei leichten, schnellaufenden Maschinen angestrebt wird. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die die Nut abdichtenden Dichteiemente in die Zylinderlaufbahn eingelassen sind. Damit kann der Kolben auch im Bereich der Nut dünnwandig gehalten werden, so daß die oszillierenden Massen keine Vergrößerung durch die Dichtelemente erfahren. Eine besonders gut dichtende Ausführungsform ergibt sich dadurch, daß die Nut von federnd angedrückten Dichtstreifen abgedichtet wird, die mittels Dichtbolzen miteinander verbunden sind und annähernd quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens verlaufend angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich bei den Dichtstreifen nur wenig Verschleiß im Gegensatz zu parallel zur Bewegungsrichtung verlaufenden Dichtstreifen.As a result, the piston can also have an extremely short overall length as is the case with light, high-speed machines. In another Embodiment of the invention it is proposed that the sealing elements sealing the groove are embedded in the cylinder liner. This means that the piston can also be in the area the groove are kept thin-walled so that the oscillating masses are not enlarged experience through the sealing elements. A particularly good sealing embodiment results in that the groove is sealed by resiliently pressed sealing strips, which are connected to one another by means of sealing bolts and approximately at right angles to the direction of movement of the piston are arranged to run. This results in the sealing strips only little wear in contrast to those running parallel to the direction of movement Sealing strip.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.Exemplary embodiments of the invention are shown schematically in the drawings shown.

Die Abb. 1 zeigt einen Kolben mit Zylinder im Längsschnitt.Fig. 1 shows a piston with cylinder in longitudinal section.

Die Abb. 2 zeigt einen Kolben und Zylinder in Ansicht.Fig. 2 shows a piston and cylinder in perspective.

Die Abb. 3 zeigt einen Teillängsschnitt durch einen Kolben mit Zylinder.Fig. 3 shows a partial longitudinal section through a piston with a cylinder.

Die Abb. 4 zeigt einen Kolben in Ansicht.Fig. 4 shows a view of a piston.

Die Abb. 5 zeigt einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie V - V in Abb. 4.Fig. 5 shows a section along the line V - V in Fig. 4.

In Abb. 1 ist ein Kolben 1 mit eingegossener Kühlschlange 2 und Zylinder 3 in der unteren Totpunktlage im Längsmittelschnitt dargestellt. Die in den Kolbenboden 4 eingegossene Kühlschlange 2 beginnt mit einer Übertrittsöffnung 5 am Kolbenumfang 6 unterhalb der Ringzone in einer Nut 7 und mündet in Ublicher Weise nach mehreren Windungen im Kolbenbäden 4 etwas außerhalb der Mitte in den freien Raum der Kolbenunterseite 8. Die Nut 7 verläuft am Kolbenumfang 6 parallel zur Kolbenlängsachse 8. Sie ist während der ganzen Bewegung des Kolbens mit der Ubertrittsöffnung 10 verbunden, so daß der Durchfluß des flüssigen Kühlmittels nicht unterbrochen wird. Der Zufluß des Kühlmittels, das in der Regel Schmieröl tat welches dem Schmierölkreislauf der Maschine entnommen wird, erfolgt über die Bohrung 11, die längs in der Wand des Zylinders 3 verläuft. Eine Förderung des Kühlmittels unabhängig vol Schmierölkreislauf durch eine besondere Fördereinrichtung ist ebenso möglich. In die Nut 7 des Kolbens t ist ein Dichtelenent 12 ait Nut 13, das ittelr Feder 14 dichtend gegen die Zylinderwand gedrUckt wird, eingelegt. Die Verbindung der Nut 13 mit der Ubertrittsöffnung 5 am Kolbenumfang 6 wird durch die Öffnung 15 hergestellt. Mit dieser abgedichteten Nut 13 wird ein seitlicher Ölaustritt vermieden, der mit zunehmendem Öldruck nachteilige Wirkungen hat, weil die austretende Ölmenge Je nach Kolbenspiel zu gsoB wird, was einen ansteigenden Ölverbrauch zur Folge hat oder Je nach Betriebstemperatur zu örtlicher Lackbildung mit nachfolgender Verkokung führt.In Fig. 1 is a piston 1 with a cast cooling coil 2 and cylinder 3 shown in the bottom dead center in longitudinal center section. The ones in the piston crown 4 cast-in cooling coil 2 begins with an overflow opening 5 on the circumference of the piston 6 below the ring zone in a groove 7 and opens in the usual way after several Windings in the piston filament 4 slightly outside the center in the free space on the underside of the piston 8. The groove 7 runs on the piston circumference 6 parallel to the piston longitudinal axis 8. It is connected to the transfer opening 10 during the entire movement of the piston, so that the flow of the liquid coolant is not interrupted. The tributary of the coolant, which usually lubricating oil did which in the lubricating oil circuit of the Machine is removed, takes place via the hole 11, which is longitudinally in the wall of the Cylinder 3 runs. A conveyance of the coolant is independent of the lubricating oil circuit a special conveyor is also possible. In the groove 7 of the piston t is a sealing element 12 with a groove 13, the spring 14 sealing against the cylinder wall is pressed, inserted. the Connection of the groove 13 with the overflow opening 5 on the piston circumference 6 is produced through the opening 15. With this sealed Groove 13, a lateral oil leakage is avoided, which is disadvantageous with increasing oil pressure Has effects because the amount of oil that escapes depends on the piston clearance, which is gsoB results in increasing oil consumption or depending on the operating temperature local varnish formation with subsequent coking.

In Abb. 2 sind ein Kolben 1 und ein Zylinder 3 in Ansicht dargestellt, die an ihrem unteren Ende örtlich axial verlängert sind. Die Nut 7 zur Führung des Kühlmittels im Kolbenmantel zur Übertrittsöffnung 5 läuft im verlängerten Teil 16 des Kolbenmantels 6 aus. Der zugehörige Zylinder 3 ist an seinem unteren Ende ebenso örtlich axial verlängert. Die Bohrung 11, die in der Zylinderwand verläuft und das Kühlmittel zur tlbertrittsöffnung 10 führt, ist analog zum Kolben ebenfalls durch die untere örtliche Verlängerung 17 des Zylinders 3 verlängert. Durch die örtliche Verlängerung 17 des Zylinders 3 wird die Verlängerung des Kolbens 1 mit Nut 7 selbst in der unteren Totlage noch überdeckt, so daß der KUhlölstrom kontinuierlich fließt.In Fig. 2, a piston 1 and a cylinder 3 are shown in view, which are locally elongated axially at their lower end. The groove 7 for guiding the Coolant in the piston skirt to the transfer opening 5 runs in the extended part 16 of the piston skirt 6. The associated cylinder 3 is also at its lower end locally extended axially. The bore 11, which runs in the cylinder wall and the Coolant leads to the oil transfer opening 10, is also through analogous to the piston the lower local extension 17 of the cylinder 3 is extended. By the local Extension 17 of cylinder 3 becomes the extension of piston 1 with groove 7 itself still covered in the lower dead position, so that the cooling oil flow flows continuously.

Durch diese Ausführung ist es möglich, auch bei extrem kurz bauenden Kolben und Zylindern das Kühlmittel während des ganzen Kolbenhubes zu fördern. In der Abb. wurde aus Gründen der Vereinfachung auf die Darstellung von Dichtelementen in der Nut 7 verzichtet. Sie sind Jedoch auch hier wie in den Abb. 1 und 4 gezeigt anwendbar.This design makes it possible, even for extremely short ones Pistons and cylinders convey the coolant during the entire piston stroke. In The illustration was based on the representation of sealing elements for the sake of simplicity omitted in the groove 7. However, they are also here as in Figs. 1 and 4 shown applicable.

In Abb. 3 ist ein Teil eines Kolbens 1 mit Zylinder in derunteren Totpunktlage im Längsmittelschnitt dargestellt.In Fig. 3 is a part of a piston 1 with a cylinder in the lower part Dead center position shown in longitudinal center section.

Die in den Kolbenboden 4 eingegossene Kühlsc12ange 2 geht von der Übertrittsöffnung 5 im Kolbenmantel 6 aus und mündet wie die in Abb. 1 näher dargestellt, nach mehreren Windungen im Kolbenboden 4 etwas außerhalb der Mitte in den freien Raum der Kolbenunterseite 8. Die Kühlmittelzufuhr erfolgt huber die Bohrung 11 in der Zylinderwand und die Öffnung 15 im Dichtelement 12. Sie ist während des ganzen Kolbenhubes durch die Nut 13 im Dichtelement 12 mit der Ubertrittsbohrung 5 verbunden. Das Dichtelement 12 wird von einer Feder 14 gegen den Kolbenmantei 6 gedrückt.The Kühlsc12ange 2 cast into the piston head 4 goes from the Transfer opening 5 in the piston skirt 6 and opens out as shown in more detail in Fig. 1, after several turns in the piston head 4 slightly outside the center in the free Space of the piston underside 8. The coolant is supplied via the bore 11 in the cylinder wall and the opening 15 in the sealing element 12. It is during the whole Piston stroke is connected to the overflow bore 5 through the groove 13 in the sealing element 12. The sealing element 12 is pressed against the piston jacket 6 by a spring 14.

In Abb. 4 ist ein Kolben in Ansicht dargestellt. Im Kolbenboden 4 ist eine nicht näher dargestellte Kühlschlange 2 eingegossen, die von der Ubertrittsöffnung 5 ausgeht und nach mehreren Windungen etwas außerhalb der Mitte in den freien Raum der Kolbenunterseite austritt. Eine Nut 7 im Kolbenmantel 6 verbindet während des ganzen Kolbenhubes eine ttbertrittsöffnung 10 in der nicht dargestellten Zylinderwand und ergibt so einen ununterbrochenen Kühlmittelzufluß. Die Nut 7 ist zur Verhinderung von seitlichem Ölaustritt von federnd angedrückten Dichtstreifen 18, die in den Kolbenmantel 6 eingelassen sind, eingefaßt. Die Dichtstreiben 18 sind an ihren Enden in Je einem gemeinsamen Dichtbolzen 19, der ebenfalls in den Kolbenmantel 6 eingelassen ist, gehalten. Damit wird eine gute Abdichtung gegen seitlich aus der Nut austretendes Kühlmittel erzielt.In Fig. 4 a piston is shown in view. In the piston head 4 a cooling coil 2, not shown in detail, is poured into it, from the overflow opening 5 goes out and after several turns a little outside the middle into the free space the bottom of the piston emerges. A groove 7 in the piston skirt 6 connects during the entire piston stroke an overflow opening 10 in the cylinder wall, not shown and thus results in an uninterrupted flow of coolant. The groove 7 is for prevention of lateral oil leakage from resiliently pressed sealing strips 18, which are in the Piston skirt 6 are embedded, bordered. The sealing pin 18 are at their ends in each case a common sealing bolt 19, which is also inserted into the piston skirt 6 let in is held. This creates a good seal against anything emerging from the side of the groove Achieved coolant.

In Abb. 5 sind die in den Kolbenmantel eingelassenen Dichtstreifen 18 und die den Kolben 1 umgebende Wand des Zylinders 3 mit der tibertrittsöffnung 10 im Querschnitt dargestellt. Die Dichtstreifen werden mittels der Federn 14 gegen die Zylinderwand gedrückt und dthten damit das seitlich aus der Nut 7 austretende Lecköl gegen den übrigen Teil der Zylinderlauffläche ab.In Fig. 5 are the sealing strips embedded in the piston skirt 18 and the wall of the cylinder 3 surrounding the piston 1 with the overflow opening 10 shown in cross section. The sealing strips are counteracted by means of the springs 14 pressed the cylinder wall and thus dthten the side emerging from the groove 7 Leak oil against the remaining part of the cylinder surface.

Claims

------------------------1. Piston * Uhlung for internal combustion engines, in which the piston is cooled with lubricating oil, which is passed through overflow openings in the cylinder wall and in the piston skirt enters cavities in the piston, characterized in that that the overflow opening (5) in the piston skirt (6) through a groove (7) over the whole Piston stroke remains connected to the overflow opening (10) in the cylinder barrel and the groove (7) carrying pressurized oil is sealed by sealing elements (12).

2. Piston cooling according to claim 1, characterized in that the Piston skirt (6) is locally extended axially downwards and the groove (7) with sealing elements (12) expires in this extension (16).

3. piston cooling according to claims 1 and 2, characterized in that that the groove (7) sealing sealing elements (12) let into the cylinder liner are.

4. piston cooling according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the groove (7) is sealed by resiliently pressed sealing strips (18) which are connected to one another by means of sealing bolts (19) and approximately transversely to the direction of movement of the piston (1) are arranged to run. Blank page