Anordnung zur Drehung des Kolbens um seine Achse bei einer Kolbenmaschine Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Dre hung des Kolbens um seine Achse bei einer Kolben maschine mit Tauchkolben, mit kugeligem Pleuel- stangenlager im Kolben und Kolbenkühlung durch Schmieröl.
Es ist bekannt, dass Kolben von Brennkraft- maschinen, welche während des Betriebes eine fort schreitende Drehbewegung um ihre Achse ausführen, eine bedeutend höhere Lebensdauer aufweisen und weit weniger anfällig gegen sogenannte Kolbenfresser sind. Die bisher bekannten Schaltmechanismen zur Ausführung einer derartigen fortschreitenden Bewe gung von Kolben sind jedoch kompliziert und stör anfällig, so dass diese an sich vorteilhafte Massnahme bisher kaum in der Praxis Fuss gefasst hat.
Anderseits sind Pleuelstangen von Tauchkolben motoren mit kugeligen Lagerflächen bekannt, die eine einfachere und bessere Übertragung der Kolbenkraft auf die Pleuelstange als zylindrische Kolbenbolzen gewährleisten. Es sind auch sogenannte hydrosta tisch geschmierte Lager bekannt, bei welchen der Druck des zugeführten Schmieröles höher ist als die Lagerbelastung, derart, dass eine Berührung der gegeneinanderliegenden Gleitflächen des Lagers ver hindert wird. Diese Lager zeichnen sich durch mini male Reibung aus und sind praktisch ohne Ab nützung.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, diesen hydrostatischen Schmiereffekt bei einem Pleuelstan- genlager eines Dieselmotors mit geringerem Schmier druck als einem, welcher der vom Verbrennungsdruck herrührenden Belastung entspricht, dadurch zu erzie len, dass das Lager mit einer Dichtung und einem in der Schmierleitung angeordneten Rückschlagventil versehen wird. Bei mittleren und grossen Diesel motoren ist es zudem bekannt, zwecks Kühlung des Kolbens den Kolbenboden hohl auszuführen und diesen Hohlraum durch grössere Mengen von Schmieröl durchströmen zu lassen.
Erfindungsgemäss wird eine besonders einfache Anordnung zur Drehung des Kolbens um seine Achse bei einer Kolbenmaschine mit Tauchkolben mit ku geligem Pleuelstangenlager und Kolbenkühlung durch Öl dadurch erzielt, dass das Pleuelstangenlager mit einer Schmierung mit hydrostatischem Effekt versehen ist, und die Ausströmung des Öls aus dem Kolben durch am Kolbenumfang tangential angeordnete Ausström- düsen erfolgt.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeich nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigen: Fig.1 einen Schnitt eines erfindungsgemässen Kolbens eines Dieselsmotors, Fig. 2 eine Ansicht in Pfeilrichtung S in Fig. 1. In Fig. 1 ist in einem Kolben 1 der Kugelkopf 2 einer Pleuelstange 3 in einer kugeligen Lagerschale 4 gelagert. Die Pleuelstange 3 ist mit einer Bohrung 5 versehen, in welcher ein Rohr 6 angeordnet ist. Das Rohr 6 ist nach aussen dichtend mit einem Kanal 7 verbunden, welcher in die Lagerschale 4 mündet und mit einem Rückschlagventil 8 versehen ist.
Das Rückschlagventil 8 gibt die Schmierölströmung aus dem Rohr 6 zur Lagerschale 4 frei, sperrt jedoch in umgekehrter Richtung. Die Lagerschale 4 ist am äusseren Rand mit einem dichtenden metallischen Ring 10 versehen, der durch einen Ring 11 aus gummielastischem Material gegen den Kugelkopf 2 gedrückt wird, und zwar in der Fig. 1 in der Rich tung nach unten. Der Ring 11 dichtet dabei gleich zeitig den Spalt zwischen dem- Ring 10 und der Nut, in welcher sich beide Ringe befinden, ab.
Die Boh rung 5 der Pleuelstange ist im Kugelkopf 2 mit Boh rungen 12 verbunden, die nach aussen führen und in einen Ringraum 13 im Kolben 1 münden. Der Ring raum 13 ist durch eine oder mehrere Bohrungen 14 mit einem im Kolbenboden ausgebildeten Hohlraum 15 verbunden. Aus dem Hohlraum 15 führen Boh rungen 16 nach aussen, die in Düsenrohren 17 mit tangential nach aussen führenden Öffnungen 18 münden.
Das durch das Rohr 6 zugeführte Öl gelangt zwi schen die Gleitflächen der Lagerschale 4 und des Kugelkopfes 2 und bildet zwischen diesen eine tra gende Ölschicht. Die Dichtung 10, 11 und das Rückschlagventil 8 verhindern das Entweichen dieses Öls während der auf den Kolben wirkenden Druck spitzen. Dadurch wird ein hydrostatischer Schmier effekt im Kolbenlager erzielt, was eine bedeutende Herabminderung des Reibungswiderstandes im Lager während des ganzen Arbeitszyklus zur Folge hat. Durch die Bohrung 5, die Bohrungen 12, den Ring raum 13 und die Bohrungen 14 strömt Kühlöl in bedeutenden Mengen in den Hohlraum 15 im Kol benboden und aus diesem durch die Bohrungen 16 und die Düsenrohre 17 ins Freie.
Bei der tangentialen Anordnung der Düsenöffnungen 18 wird durch die Reaktion der Strömung ein relativ geringes Dreh moment auf dem Kolben ausgeübt, welches diesen in eine langsame Drehbewegung um seine Achse versetzt.
Die durch die Ausströmung des Kühlöls aus den Düsenrohren 17 entstehende Kraft ist normalerweise zu gering, als dass diese allein eine Drehbewegung des Kolbens gewährleisten könnte. Insbesondere bei Zweitaktdieselmotoren, bei welchen im Gegensatz zu Viertaktmotoren der Kolben dauernd mit einer gleich gerichteten Kraft belastet ist, ist dazu die Reibung des Kolbens hauptsächlich im Kolbenlager zu gross. Erst durch die Kombination der Rückstossdüsen mit einer Kolbenlagerung mit hydrostatischem Schmier effekt ist es möglich, auch bei Zweitaktmotoren die beabsichtigte Wirkung sicherzustellen.
Es versteht sich, dass prinzipiell der hydrosta tische Effekt der Lagerschmierung nicht auf die im Beispiel beschriebene Art mit Dichtung und Rück schlagventil erzielt werden muss, sondern, dass zum erfindungsgemässen Zweck auch eine andere Art dieser Schmierung, z. B. mit einer zusätzlichen Hoch druckpumpe im Kolben oder in der Pleuelstange, Anwendung finden kann.
Arrangement for rotating the piston around its axis in a piston machine The invention relates to an arrangement for rotating the piston around its axis in a piston machine with a plunger piston, with a spherical connecting rod bearing in the piston and piston cooling by lubricating oil.
It is known that pistons of internal combustion engines which, during operation, execute a progressive rotary movement about their axis, have a significantly longer service life and are far less susceptible to so-called piston seizure. The previously known switching mechanisms for executing such a progressive movement of pistons are, however, complicated and prone to failure, so that this measure, which is advantageous in itself, has so far hardly taken hold in practice.
On the other hand, connecting rods of plunger piston engines with spherical bearing surfaces are known that ensure easier and better transmission of the piston force to the connecting rod than cylindrical piston pins. So-called hydrostatic lubricated bearings are also known, in which the pressure of the lubricating oil supplied is higher than the bearing load, such that contact between the opposing sliding surfaces of the bearing is prevented. These bearings are characterized by minimal friction and are practically without wear.
It has also already been proposed to achieve this hydrostatic lubricating effect in a connecting rod bearing of a diesel engine with a lower lubricating pressure than one which corresponds to the load resulting from the combustion pressure by providing the bearing with a seal and a check valve arranged in the lubricating line is provided. In medium-sized and large diesel engines, it is also known to make the piston crown hollow for the purpose of cooling the piston and to allow larger quantities of lubricating oil to flow through this cavity.
According to the invention, a particularly simple arrangement for rotating the piston around its axis in a piston machine with plunger piston with spherical connecting rod bearing and piston cooling by oil is achieved in that the connecting rod bearing is provided with a lubrication with a hydrostatic effect, and the outflow of the oil from the piston through outflow nozzles arranged tangentially on the piston circumference.
The invention is explained using an embodiment shown schematically in the drawing tion.
1 shows a section of a piston according to the invention for a diesel engine, FIG. 2 shows a view in the direction of arrow S in FIG. 1. In FIG. The connecting rod 3 is provided with a bore 5 in which a tube 6 is arranged. The tube 6 is connected to the outside in a sealing manner with a channel 7 which opens into the bearing shell 4 and is provided with a check valve 8.
The check valve 8 releases the flow of lubricating oil from the pipe 6 to the bearing shell 4, but blocks in the opposite direction. The bearing shell 4 is provided on the outer edge with a sealing metallic ring 10, which is pressed by a ring 11 made of rubber-elastic material against the ball head 2, namely in Fig. 1 in the direction downwards. The ring 11 simultaneously seals the gap between the ring 10 and the groove in which both rings are located.
The Boh tion 5 of the connecting rod is connected in the ball head 2 with Boh stanchions 12, which lead to the outside and open into an annular space 13 in the piston 1. The ring space 13 is connected by one or more bores 14 to a cavity 15 formed in the piston head. From the cavity 15 bores 16 lead to the outside, which open into nozzle pipes 17 with openings 18 leading tangentially to the outside.
The oil supplied through the tube 6 passes between the sliding surfaces of the bearing shell 4 and the ball head 2 and forms a tra lowing oil layer between them. The seal 10, 11 and the check valve 8 prevent this oil from escaping during the pressure acting on the piston peaks. This achieves a hydrostatic lubricating effect in the piston bearing, which results in a significant reduction in the frictional resistance in the bearing during the entire working cycle. Through the bore 5, the bores 12, the ring space 13 and the bores 14, cooling oil flows in significant quantities into the cavity 15 in the Kol benboden and from this through the bores 16 and the nozzle pipes 17 into the open.
In the tangential arrangement of the nozzle openings 18, a relatively low torque is exerted on the piston by the reaction of the flow, which puts this in a slow rotary movement about its axis.
The force resulting from the outflow of the cooling oil from the nozzle tubes 17 is normally too small to be able to guarantee a rotary movement of the piston on its own. In particular in two-stroke diesel engines, in which, in contrast to four-stroke engines, the piston is constantly loaded with a force directed in the same direction, the friction of the piston, mainly in the piston bearing, is too great for this. Only by combining the recoil nozzles with a piston bearing with a hydrostatic lubricating effect is it possible to ensure the intended effect even with two-stroke engines.
It goes without saying that, in principle, the hydrostatic effect of the bearing lubrication does not have to be achieved in the manner described in the example with a seal and non-return valve, but that a different type of this lubrication, e.g. B. with an additional high pressure pump in the piston or in the connecting rod, can be used.