DE1141494B - Cooled piston for internal combustion engines, preferably made of light metal - Google Patents

Description

Gekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise aus Leichtmetall Gegenstand der Erfindung ist ein vorzugsweise aus Leichtmetall bestehender Kolben für Brennkraftmaschinen, dessen Kopf insbesondere im Bereich hinter der Ringpartie gekühlt ist. Die Anordnung von Kühleinrichtungen ist bei thermisch hochbeaufschlagten Kolben nötig, um das Auftreten zu hoher Betriebstemperaturen in den Ringnuten zu verhindern.Cooled piston for internal combustion engines, preferably made of light metal The invention relates to a piston which is preferably made of light metal for internal combustion engines, the head especially in the area behind the ring belt is cooled. The arrangement of cooling devices is in the case of high thermal loads Piston necessary to prevent excessive operating temperatures in the ring grooves impede.

Die zur Aufnahme bzw. zum Durchfließen des Kühlmittels dienenden Kühlsysteme bestehen in der Regel aus einem ringförmigen Hohlkörper mit je einer Zulauf- und Abflußleitung, die beim Gießen des Kolbens als vorgefertigte Teile mit eingegossen werden. Der Hohlkörper kann verschiedenartig gestaltet und bemessen sein. Bevorzugt ist ein spiralförmig gewundenes Rohr, das zwei oder mehrere Windungslagen aufweist und hinter, mitunter auch oberhalb der Nuten für die Verdichtungsringe im Kolbenkopf verläuft.The cooling systems used to receive or flow through the coolant usually consist of an annular hollow body, each with an inlet and Drain line, which is poured in as prefabricated parts when casting the piston will. The hollow body can be designed and dimensioned in various ways. Preferred is a spirally wound pipe that has two or more layers of turns and behind, and sometimes above, the grooves for the compression rings in the piston head runs.

Eine solche vom Kühlmittel durchflossene Rohrleitung dient vorteilhaft je nach Bedarf auch zum Wärmeentzug aus dem Kolbenboden allein oder gleichzeitig aus anderen Kolbenteilen.Such a pipeline through which the coolant flows is advantageous Depending on requirements, it can also be used to extract heat from the piston crown, either alone or at the same time from other piston parts.

Es ist weiterhin auch schon bekannt, das Kühlmittelrohr so zu biegen, daß es einen konzentrischen Windungsverlauf ausführt. Eine derartige Kühleinrichtung ist nur in einer Ebene brauchbar und wurde bisher auch nur zur Kühlung des Kolbenkopfes verwendet. Sie hat gegenüber einer Kühlschlange den Nachteil einer wesentlichen geringeren Kühlwirkung innerhalb der Ringnutenpartie.It is also already known to bend the coolant tube in such a way that that it executes a concentric winding course. Such a cooling device can only be used in one level and was previously only used to cool the piston head used. Compared to a cooling coil, it has the disadvantage of a substantial one lower cooling effect within the ring groove area.

Der Einbau von Kühlschlangenrohren hängt nun aber von der jeweiligen zur Verfügung stehenden Größe des Unterbringungsraumes im Kolben und damit auch von dessen Durchmesser und Wanddicke ab. So ist es nicht möglich, ein ausreichend dickes Kühlrohr, das mehr als zwei- bis dreimal gewunden ist, in einem Kolben unterzubringen, dessen Durchmesser unter 175 mm liegt. Eine Unterbringung solcher Kühleinrichtungen im Kolbenkopf derartig kleiner Kolben hinter den Nuten der Ringpartie setzt somit zwingend eine Erhöhung der Wanddicke in diesem Bereich voraus, weil ein Rohrende der Kühlschlange von der obersten Windung aus an den darunterliegenden Windungen vorbei, also auf der Innenseite der Kühlschlange entlang, nach unten in das Kolbeninnere bzw. aus dem Kolben herausgeführt werden muß, um als Zu- oder Ablauf für das Kühlmittel zur obersten Windung zu dienen. Hierdurch ist das Mindestmaß für die Kolbenwanddicke im Bereich der Kühlschlange von vornherein vorgeschrieben. Die Wand muß mehr als das zweifache des Rohrdurchmessers dick sein. Damit ist aber das konstruktive Problem eines möglichst leichten Kolbens wieder aufgeworfen. Einerseits ist die Wanddicke durch die Größe der thermischen Beanspruchung als ein Mindestmaß vorgeschrieben, während andererseits die vorerwähnte Raumbeanspruchung der Kühlrohrschlange mit ihren Zuführungen und Ableitungen eine Überschreitung dieser Mindestwanddicke fordert.The installation of cooling coil pipes now depends on the respective available size of the accommodation space in the piston and thus also on its diameter and wall thickness. So it is not possible to get one adequately to accommodate a thick cooling tube that is twisted more than two or three times in a flask, whose diameter is less than 175 mm. Accommodation of such cooling devices In the piston head, such a small piston behind the grooves of the ring belt is thus set an increase in the wall thickness in this area, because a pipe end of the cooling coil from the uppermost turn to the turns below along the inside of the cooling coil, down into the inside of the flask or must be led out of the piston to be used as an inlet or outlet for the coolant to serve as the top turn. This is the minimum dimension for the piston wall thickness prescribed from the start in the area of the cooling coil. The wall must be more than be twice the pipe diameter thick. But that is the constructive problem as light a piston as possible thrown up again. On the one hand there is the wall thickness prescribed by the size of the thermal stress as a minimum, while on the other hand the aforementioned space requirement of the cooling pipe coil with their inlets and outlets require that this minimum wall thickness be exceeded.

Die Aufgabe, mit der sich die Erfindung befaßt, besteht somit darin, den vorerwähnten Schwierigkeiten zu begegnen und der Forderung gerecht zu werden, in einer auf Grund der mechanischen Beanspruchung gegebenen Wanddicke eine Kühlrohrschlange mit möglichst großer, der thermischen Beanspruchung entsprechenden Kühlfläche unterzubringen.The object with which the invention is concerned is thus to to meet the aforementioned difficulties and to meet the demand, a cooling pipe coil in a given wall thickness due to the mechanical stress with the largest possible cooling surface appropriate to the thermal stress.

Erreicht ist dies dadurch, daß die Windungen des kühlmittelführenden Rohrsystems in Ebenen parallel zueinander und senkrecht zur Kolbenachse verlaufen und daß diese Kühlmittelleitung aus einem einzigen Rohr besteht, das so gebogen ist, daß die Windungen und die parallel zur Kolbenachse verlaufenden, der Kühlmittelzu- und -ableitung dienenden Rohrenden innerhalb der Wand eines zur Kolbenachse koaxialen Hohlzylinders liegen, deren Dicke etwa dem Rohrdurchmesser entspricht.This is achieved by the fact that the turns of the coolant-carrying Pipe system run in planes parallel to each other and perpendicular to the piston axis and that this coolant line consists of a single tube which is so bent is that the windings and the parallel to the piston axis, the coolant supply pipe ends serving and drainage within the wall of a pipe which is coaxial with the piston axis Hollow cylinder lie, the thickness of which corresponds approximately to the pipe diameter.

Die Abbildungen veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.The figures illustrate an embodiment of the invention.

Abb. 1 zeigt in Ansicht die Abwicklung eines gebogenen Rohres, die gleichzeitig das Vorstadium der Fertigung darstellt; Abb.2 ist der Grundriß eines fertig gebogenen Kühlrohres; Abb. 3 läßt die Anordnung in einem Kolben erkennen.Fig. 1 shows a view of the development of a bent pipe, the at the same time represents the preliminary stage of production; Fig.2 is the floor plan of one finished bent cooling tube; Fig. 3 leaves the arrangement in one Recognize piston.

Ein Rohra ist entsprechend der Abb.1 so gebogen, daß die zueinander parallel verlaufenden Rohrstränge in einer Ebene liegen. Das gewundene Rohr verläuft dabei zunächst in der Ebene so, daß die Länge der beiden Rohrstränge genau dem Teilkreis der fertigen Rohrwindung entspricht. In der untersten Rohrwindung des unteren Stranges sind die beiden Rohrenden b und c bis zu ihren Krümmungen wieder zusammengeführt. Sie verlaufen von hier aus dann nach unten so, daß sie einen bestimmten Abstand voneinander erhalten. Der letztere wird so bemessen, daß die Enden entweder an beiden Seiten der Kolbenbolzenbohrung eines Auges vorbeigehen oder aber daß ein Rohrende durch ein Kolbenbolzenauge und das andere durch das zweite Kolbenbolzenauge seitlich der Bohrung geführt werden kann. Das Rohr nach Abb. 1 wird dann als ganzes kreisförmig gebogen, wie das z. B. in der Abb. 2 dargestellt ist. Die einzelnen Windungen stoßen dabei mit den sie verbindenden haarnadelartigen Krümmungen zusammen bzw. diese Krümmungen liegen einander an der Stelle e gegenüber. In dieser Form wird das Rohr entsprechend den Angaben in der Abb. 3 in den Kolben eingegossen.A Rohra is bent according to Fig.1 so that the each other parallel running pipe strings lie in one plane. The coiled pipe runs first in the plane so that the length of the two pipe strings exactly corresponds to the pitch circle corresponds to the finished pipe coil. In the lowest pipe turn of the lower strand the two pipe ends b and c are brought together again up to their bends. From here they then run downwards so that they are a certain distance apart received from each other. The latter is sized so that the ends are either on both Pass the sides of the piston pin bore of an eye or that one end of the pipe through one piston pin eye and the other through the second piston pin eye laterally the hole can be guided. The tube according to Fig. 1 then becomes circular as a whole bent, like the z. B. is shown in Fig. 2. The individual turns butt together with the hairpin-like curvatures that connect them or these curvatures are opposite each other at point e. In this shape the pipe will be accordingly Poured into the flask as shown in Fig. 3.

Entsprechend der verschieden starken Erwärmung des Kolbenschaftes in Brennkraftmaschinen, gemäß der unterhalb des Auslaßventils d eine stärkere Erwärmung vorhanden ist, wird die Rohrausbildung für das Kühlsystem so vorgesehen, daß das zuströmende kalte Kühlmittel zunächst unterhalb dieses Ventils einströmt, in einem kurzen Teilstück waagrecht unterhalb des heißen Bereiches entlanggeführt und dann um 180° umgelenkt wird. Auf diese Weise gelingt es, dank des mehrmaligen Kühlmitteldurchgangs, diesen Bereich besonders intensiv zu kühlen, wie dies aus dem Verlauf des gewundenen Rohres nach Abb. 3 zu entnehmen ist.According to the different degrees of heating of the piston skirt in internal combustion engines, according to the one below the exhaust valve d, a stronger heating is present, the pipe formation for the cooling system is provided so that the inflowing cold coolant initially flows in below this valve, in one short section along horizontally below the hot area and then is deflected by 180 °. In this way it is possible, thanks to the repeated coolant passage, to cool this area particularly intensely, as can be seen from the course of the sinuous Tube according to Fig. 3 can be seen.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Gekühlter Kolben für Brennkraftmaschinen, vorzugsweise aus Leichtmetall, mit einer eingegossenen rohrförmigen Kühlmittelleitung, die in zwei oder mehreren Windungen übereinander im Bereich hinter und oberhalb der Ringpartie angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen in Ebenen parallel zueinander und senkrecht zur Kolbenachse verlaufen und daß die Kühlmittelleitung aus einem einzigen Rohr besteht, das so gebogen ist, daß die Windungen und die parallel zur Kolbenachse verlaufenden, der Kühlmittelzu- und -ableitung dienenden Rohrenden innerhalb der Wand eines zur Kolbenachse koaxialen Hohlzylinders liegen, deren Dicke etwa dem Rohrdurchmesser entspricht. PATENT CLAIMS: 1. Cooled piston for internal combustion engines, preferably Made of light metal, with a cast-in tubular coolant line that is inserted into two or more turns one above the other in the area behind and above the ring belt is arranged, characterized in that the turns in planes parallel to each other and run perpendicular to the piston axis and that the coolant line consists of one consists of a single tube that is bent so that the windings and parallel to the Piston axis extending, the coolant supply and discharge serving pipe ends inside the wall of a hollow cylinder coaxial with the piston axis, the thickness of which is approximately corresponds to the pipe diameter. 2. Gekühlter Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Windungen verbindende haarnadelförmige Krümmungen zusammenstoßen bzw. einander gegenüberliegen. 2. Cooled piston according to claim 1, characterized in that that the individual turns connecting hairpin-shaped curvatures collide or face each other. 3. Gekühlter Kolben nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet durch die Biegung des Rohres derart, daß das zuströmende kalte Kühlmittel unterhalb der heißesten Zone in die Windungen gelangt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 299 042; deutsche Auslegeschrift Nr. 1002172; österreichische Patentschrift Nr. 178 237; schweizerische Patentschrift Nr. 238 210; USA.-Patentschriften Nr. 2138 525, 2 369 906.3. Cooled piston according to claims 1 and 2, characterized by the bend of the tube in such a way that the inflowing cold coolant gets into the coils below the hottest zone. Considered publications: German Patent No. 299 042; German Auslegeschrift No. 1002172; Austrian U.S. Patent No. 178,237; Swiss Patent No. 238 210; U.S. Patents No. 2138 525, 2 369 906.