DE3919872A1

DE3919872A1 - SUBMERSIBLE PISTON FOR COMBUSTION ENGINES WITH A PISTON HEAD FLOODED WITH COOLING OIL

Info

Publication number: DE3919872A1
Application number: DE3919872A
Authority: DE
Inventors: Alois Barth; Lothar Wiemann
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1989-06-19
Filing date: 1989-06-19
Publication date: 1990-12-20
Also published as: JP2911549B2; JPH0331566A; EP0403767B1; EP0403767A2; DE59004281D1; EP0403767A3

Description

Die Erfindung betrifft einen Tauchkolben für Verbren nungsmotoren mit einem kühlöldurchfluteten Kolbenkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a plunger for burning engines with a piston head flooded with cooling oil according to the preamble of claim 1.

Für eine gute Kühlwirkung ist es bei derartig gekühl ten Kolben wichtig, daß die etwa parallel zur Kolben längsachse verlaufenden Sacklochbohrungen während der oszillierenden Bewegung des Kolbens möglichst voll ständig gefüllt und entleert werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt, den Kühlölstrom so einzustellen, daß der von dem äußeren Kühlringkanal und den darin ein mündenden Sacklochbohrungen gebildete Ölaufnahmeraum niemals vollständig mit Öl ausgefüllt ist. Die Menge des Kühlölstromes und die konstruktive Ausgestaltung der Kühlölführungsmittel sind vielmehr so aufeinander abgestimmt, daß das Kühlöl bei der Hubbewegung des Kolbens in diesem Raum frei shakern kann.It is so cool for a good cooling effect ten pistons important that the approximately parallel to the piston longitudinal blind holes during the oscillating movement of the piston as fully as possible be constantly filled and emptied. To this end it is known to adjust the cooling oil flow so that that of the outer cooling ring channel and the one inside oil receiving space formed in the blind holes is never completely filled with oil. The amount of the cooling oil flow and the design the cooling oil guide means are rather one on the other matched that the cooling oil during the lifting movement of the Pistons can shake freely in this room.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, bei einem Kolben mit den gattungsgemäß ausge stalteten Kühlölführungsmitteln die von dem in den Sacklochbohrungen shakernden Kühlöl auf den Kolben kopf ausgehende Kühlwirkung zu verbessern. Proceeding from this, the object of the invention reasons, with a piston with the generic out designed cooling oil guide means from that in the Blind holes shaker cooling oil on the piston head to improve outgoing cooling effect.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Vorsehen minde stens eines zusätzlichen Überströmkanals nach dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruchs 1.This task is solved by the provision at least one additional overflow channel after the characterizing feature of claim 1.

Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Un teransprüche 2 und 3.Appropriate embodiments are the subject of Un claims 2 and 3 .

Der Zweck des mindestens einen vorgeschlagenen Über strömkanals besteht darin, bei in Richtung des ge schlossenen Endes der Sacklochbohrungen in diese ein dringendem Kühlöl den sich in diesem Betriebszustand im unteren Bereich des jeweils von außen mit Öl be aufschlagten das Kühlöl in die Sacklochbohrungen wei terleitenden Kühlraumes einstellenden Unterdruck durch einen durch die Überströmkanäle fließenden Lüf tungsstrom abzubauen. Eine weitere Wirkung der Über strömkanäle besteht darin, daß bei einer durch die Kolbenbewegung bedingten Strömung des Kühlöles in den Bodenbereich desjenigen Kühlraumes, in den das Kühlöl von außen zuerst eingeleitet wird, Öl durch die Über strömkanäle abfließen kann, wodurch zusätzlicher kühl ölfreier Raum in den Kühlölführungsmitteln erzeugt werden kann. Wichtig ist dabei allerdings, daß durch die Überströmkanäle kein zu großer Ölstrom abfließen kann, da dieses Kühlöl praktisch in einem im Prinzip unerwünschten Kurzschluß abfließt. Der Strömungsquer schnitt sämtlicher Überströmkanalöffnungen muß daher wesentlich geringer als der aufsummierte Strömungs querschnitt der die Sacklochbohrungen mit dem zentra len Kühlraum verbindenden Querbohrungen sein.The purpose of the at least one proposed over flow channel is in the direction of the ge closed end of the blind holes in this urgent cooling oil which is in this operating state in the lower area of each with oil from the outside opened the cooling oil in the blind holes subordinate cold room setting negative pressure through a vent flowing through the overflow channels power flow. Another effect of the over flow channels is that at one through the Flow of the cooling oil into the piston caused by the piston movement Floor area of the cold room in which the cooling oil is introduced from the outside first, oil through the over flow channels can drain, creating additional coolness Oil-free space created in the coolant can be. It is important, however, that through the overflow channels do not drain too much oil flow can, since this cooling oil is practically in one in principle undesired short circuit flows off. The flow cross All overflow channel openings must therefore be cut much less than the total flow cross section of the blind holes with the centra len cross bores connecting the refrigerator.

Münden die Überströmkanäle radial oberhalb des Bodens desjenigen Kühlraumes, in den das Kühlöl von außen eingeleitet wird, ein, so ist die Gefahr eines zu großen Kurzschlußölstromes bereits von vornherein er heblich gemindert.The overflow channels open radially above the floor of the cold room, in which the cooling oil from the outside is initiated, so there is a risk of large short-circuit oil flow already from the start considerably reduced.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt, die einen Längsschnitt durch einen Kolben zeigt.An embodiment of the invention is in the Drawing shown a longitudinal section through shows a piston.

Der Kolben besteht aus einem Kolbenunterteil 1, das mit einem Kolbenboden über nicht dargestellte in Kol benlängsrichtung verlaufende Dehnschrauben verbunden ist.The piston consists of a lower piston part 1 , which is connected to a piston crown via longitudinal bolts, not shown, extending in the longitudinal direction of the piston.

Im Bereich der Kolbenringnuten 3 befindet sich zwi schen dem Unterteil 1 und Kolbenboden 2 ein von bei den Teilen begrenzter Kühlringkanal 4, in den von der Ölversorgung des Motors aus Kühlöl eingepumpt wird, das von dort in einen zentralen Kühlraum 5 zwischen Kolbenboden 2 und Unterteil 1 geleitet wird. Von dem zentralen Kühlraum 5 aus fließt das Kühlöl über eine zentrale Öffnung zur Ölversorgungsquelle zurück.In the area of the piston ring grooves 3 there is between the lower part 1 and piston crown 2 a cooling ring channel 4 limited to the parts, into which cooling oil is pumped from the oil supply to the engine, from there into a central cooling chamber 5 between piston crown 2 and lower part 1 is directed. From the central cooling chamber 5 , the cooling oil flows back through a central opening to the oil supply source.

Die Überleitung des Kühlöles aus dem Kühlringkanal 4 in den zentralen Kühlraum 5 erfolgt über aus dem Kol benboden 2 etwa in Kolbenlängsrichtung in den Kühl ringkanal 4 einmündende über den Kolbenumfang ver teilte Sacklochbohrungen 6, die wiederum über radiale Querbohrungen 7 mit dem zentralen Kühlraum 5 verbun den sind. Diese Querbohrungen 7 münden etwa im Be reich der geschlossenen Enden der Sacklochbohrungen 6 in diese ein. The transfer of the cooling oil from the cooling ring channel 4 into the central cooling chamber 5 takes place from the bottom ben Kol 2 approximately in the piston longitudinal direction in the cooling ring channel 4 opening ver over the piston circumference distributed blind holes 6 , which in turn verbun via radial cross holes 7 with the central cooling chamber 5 are. These cross holes 7 open approximately in the loading area of the closed ends of the blind holes 6 in this one.

Von dem unteren Bereich des Kühlringkanals 4 führen Überströmkanäle 8 in den unteren Bereich des zentra len Kühlraumes 5. Die Überströmkanäle können auch durch radiale Ausnehmungen in den axial aufeinander liegenden Flächen des Kolbenbodens 2 und des Unter teils 1 zwischen Kühlringkanal 4 und zentralem Kühl raum 5 gebildet sein.Overflow channels 8 lead from the lower area of the cooling ring channel 4 into the lower area of the central cooling space 5 . The overflow channels can also be formed by radial recesses in the axially superimposed surfaces of the piston crown 2 and the lower part 1 between the cooling ring channel 4 and the central cooling chamber 5 .

Die konstruktive Auslegung der Kühlölführungsmittel 4, 6, 7 und 5 einschließlich der Kühlölzuführ- und Abführleitungen ist zusammen mit dem eingestellten Kühlölmengenstrom derart aufeinander abgestimmt, daß im Motorbetrieb das Öl innerhalb des Kühlringkanales 4 und der in diesen mündenden Sacklochbohrungen 6 frei shakern kann.The design of the cooling oil guide means 4 , 6 , 7 and 5 including the cooling oil supply and discharge lines is matched to one another together with the set cooling oil flow rate such that the oil within the cooling ring channel 4 and the blind bore holes 6 opening into it can shake freely during engine operation.

Zur Verbesserung dieser für eine intensive Kühlung des Kolbenbodenteiles 2 wichtigen Shakerwirkung die nen die Überströmkanäle 8. Diese sorgen für einen Druckausgleich zwischen dem Kühlringkanal 4 und dem zentralen Kühlraum 5. Beim Bewegen des Kühlöles aus dem Kühlringkanal 4 in die Sacklochbohrungen 6 hinein bewirkt dieser Druckausgleich ein Einfließen von Luft in den äußeren Ringkanal 4. Dadurch wird die Möglich keit geschaffen, daß derjenige Teil des Öles in den Sacklochbohrungen 6, der nicht durch die Querbohrun gen 7 zum zentralen Kühlraum 5 übergetreten ist, zu rück in den äußeren Kühlringkanal 4 geschleudert wer den kann. Hierdurch wird eine optimale Shakerwirkung erzielt.To improve this shaker effect, which is important for intensive cooling of the piston crown part 2, the overflow channels 8 . These ensure pressure equalization between the cooling ring channel 4 and the central cooling space 5 . When moving the cooling oil out of the cooling ring channel 4 into the blind holes 6 , this pressure compensation causes air to flow into the outer ring channel 4 . This creates the possibility that that part of the oil in the blind holes 6 , which has not passed through the Querbohrun conditions 7 to the central cooling chamber 5 , flung back into the outer cooling ring channel 4 who can. This achieves an optimal shaker effect.

Wird aufgrund der Massen- und Beschleunigungskräfte während der Kolbenhubbewegungen Kühlöl auf den Grund des Kühlringkanales gepreßt, so kann in diesem Be triebszustand Öl durch die Überströmkanäle 8 nach ra dial innen abfließen und dadurch für zusätzlichen öl freien Raum innerhalb des Kühlringkanals 4 sowie der in diesen mündenden Sacklochbohrungen 6 schaffen.If, due to the mass and acceleration forces during the piston stroke movements, cooling oil is pressed onto the bottom of the cooling ring channel, in this operating state loading oil can flow through the overflow channels 8 to the inside of the dial and thereby for additional oil-free space within the cooling ring channel 4 and the mouth opening into it Create blind holes 6 .

Der durch die Überströmkanäle 8 geschaffene Strö mungsquerschnitt ist wesentlich kleiner als derjeni ge, der durch die Summe der Strömungsquerschnitte der Querbohrungen 7 gebildet ist. Als günstig hat sich herausgestellt, den von den über den Umfang verteil ten Überströmkanälen 8 aufsummiert gebildeten Strö mungsquerschnitt um mehr als das Zehnfache kleiner auszubilden als den entsprechenden Strömungsquer schnitt der Querbohrungen 7. In einem konkreten Aus führungsbeispiel wurden ausgezeichnete Kühlergebnisse bei einem Querschnittsverhältnis der genannten Boh rungen von 15:1 erzielt.The flow cross section created by the overflow channels 8 is substantially smaller than that defined by the sum of the flow cross sections of the cross bores 7 . It has been found to be advantageous to form the flow cross section formed by the overflow channels 8 distributed over the circumference by more than ten times smaller than the corresponding flow cross section of the cross bores 7 . In a specific exemplary embodiment, excellent cooling results were achieved with a cross-sectional ratio of the bores mentioned of 15: 1.

Claims

1. Plunger for internal combustion engines with a piston head flooded with cooling oil, in which the cooling oil guiding means consist of a radially outer closed cooling ring channel, into which from the piston crown essentially parallel to the longitudinal axis of the ben beneath the blind holes and a central cooling chamber, the radial cross holes with at least some the blind holes are each connected in an area remote from the open end of the respective blind hole, the cooling oil being supplied to the cooling oil guide means radially inside via the central cooling space or radially outside via the outer cooling ring channel through a closed supply line in particular and the cooling oil guide means Enabling an oil shaker movement in no operating state of the piston fully fills, characterized in that from the respective cooling space (cooling ring channel ( 4 ) or central cooling space ( 5 )), in which s cooling oil is introduced first, at least one overflow channel leads into a space in gaseous connection with the engine crankcase, the sum of which flow cross-section is considerably smaller than that of the entirety of the radial cross bores ( 7 ) between the blind holes ( 6 ) and the central cold room ( 5 ).

2. Plunger according to claim 1, characterized in that the at least one overflow channel in the relevant cooling space (cooling ring channel ( 4 ) or cooling space ( 5 )) opens in each case essentially radially and at a distance from the respective cold room floor.

3. Plunger according to claim 2, characterized in that the overflow channels ( 8 ) the outer cooling ring space ( 4 ) with the central cooling chamber ( 5 ), the overflow channels opening axially below the transverse bores ( 7 ) into the central cooling chamber.