Brennkraftmaschine mit einer Kolbenkühlung und einer inneren Zylinderrohrkühlung

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einer Kolbenkühlung und einer inneren Zylinderrohrkühlung, mit zumindest einem vom Kolben und dem Zylinderrohr begrenzten Kühlraum und mit geeigneten Dichtmitteln des Kolbens an dessen brennraumseitigem Ende, beispielsweise Kolbenringen, wobei der Kühlraum sich in Umfangsrichtung des Kolbens erstreckt, mit mindestens je einer Kühlmittelzuführung und einer Kühlmittelabführung für das Kühlmittel versehen ist und mindestens zwei etwa axial verlaufende Leitstücke aufweist.

[0002] Bei Brennkraftmaschinen besteht die Notwindigkeit, die durch die Verbrennung entstehende Wärme von den Bauteilen der Brennkraftmaschine insoweit fernzuhalten, daß diese keinen Schaden nehmen. Für einen thermisch hochbelasteten Kolben ist es daher bereits üblich, eine Kühlung unter Zuhilfenahme des Motoröls vorzusehen, während die Zylinderrohre oder Buchsen an ihrem äußeren Umfang entweder luftoder wassergekühlt werden. Die Erfindung beschäftigt sich damit, beide Kühlungsarten, sowohl die des Kolbens als auch die des Zylinderrohres, miteinander zu kombinieren und so die Gesamtkühlung der Brennkraftmaschine und deren Konstruktion zu verbessern bzw. zu vereinfachen.

[0003] Aus der DE-A-2 541 566 ist eine derartige Kühleinrichtung bekannt. Dort wird das Zylinderrohr und der Kolben gleichermaßen von einem Kühlmittel gekühlt, wobei das Kühlmittel in einem Kühlraum zwischen Kolben und Zylinderrohr einströmt, das Zylinderrohr von innen kühlt und durch eine zweite Öffnung abgeführt wird. In der weiteren Ausgestaltung ist der Kolben mit einem ringartigen Raum an seiner Mantelfläche versehen. Die Kühlmittelzu- und -abführungen sind als radiale Bohrungen in dem Zylinderrohr angeordnet, wobei dieselben in keiner Stellung des Kolhens vom Kolben verschlossen werden. Das Kühlmittel strömt durch die Bohrung in der Zylinderrohrwand in den vom Kolben und der Zylinderrohrwand begrenzten Kühlraum ein und kühlt während der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens den Kolben selbst und den von dem Kolben überstrichenen Teil der Zylinderrohrwand. Dabei kann das Kühlmittel noch weiterhin über einen separaten zentralen Raum im Kolben den Kolbenboden kühlen. Um die an sich bekannte Shaker-Wirkung zu erhöhen, sind zur besonders guten Verwirbelung des Kühlmittels im Kühlraum axiale und auch radiale Leitbleche vorgesehen. Das Kühlmittel verläßt über eine zweite der Eintrittsbohrung gegenüberliegende Austrittsbohrung in der Zylinderrohrwand den Kühlraum. Um die Verwendung irgendeines Kühlmediums außer gerade dem Motoröl der Brennkraftmaschine zu ermöglichen, ist in der DE-A-2 541 966 ferner vorgeschlagen, den Kolben mit Kolbenringen nicht nur zum Brennraum sondern auch zum Kurbelgehäuse druckdicht abzuschließen.

[0004] Aus der DE-A-2 541 966 ist es in weiterer Ausgestaltung der inneren Zylinderrohr- und Kolbenkühlvorrichtung bekannt, den Kühlmittelstrom an einen Kühlmittelgesamtkreislauf anzuschließen. Während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine kann der Kühlmittelstrom von einer Wärmequelle erhitzt werden, wodurch der warme Kühlmittelstrom die Zylindereinheit zur Verschleißverminderung beheizt.

[0005] Diese Kühlvorrichtung hat jedoch den Nachteil, daß erhebliche Teilströme des Kühlmittels entlang des Kolbenumfanges vom Kühlmitteleintritt direkt zum Kühlmittelaustritt gelangen. Andererseits wird ein zweiter Kühlmittelstrom über eine weitere separate Kühlkammer im Kolbenboden geleitet, um dort eine Brennraummulde zu kühlen. Die Wärmekapazität des Kühlmittels ist somit schlecht ausgenutzt, denn hinsichtlich seines Wärmeaufnahmevermögens wird ein Kühlmittelteilstrom wenig und der zweite Kühlmittelteilstrom stark beansprucht. Ferner wird insbesondere die obere Ringzone des Kolbens mit den Kolbenringen, deren thermische Belastung sehr hoch ist, von dem Kühlmittel nicht erreicht und daher nur unzureichend gekühlt.

[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung zur gleichzeitigen Kühlung des Kolbens und des Zilinderrohres vorzuschlagen, die die Wärmekapazität des zur Verfügung stehenden Kühlmittels besser ausnutzt und so die gesamte Kühlung der Brennkraftmaschine optimiert.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Dabei ist es vorgesehen, die axialen Leitstücke im ringförmigen Kühlraum des Kolbens als Trennwände auszubilden, die bis nahezu oder vollständig bis an den Kolbenumfang reichen. Es entstehen so zumindest zwei voneinander separate Kühlraume bzw. Teilräume. Erfindungsgemäß ist es dabei beabsichtigt, daß die Trennwände sich nicht über die gesamte axiale Höhe des Kühlraumes erstrecken, sondern nur in einem Axialabschnitt des Kühlraumes angeordnet sind. Die separaten Teilräume stehen somit über den zweiten trennwandfreien Axialabschnitt des Kühlraumes miteinander in Verbindung. Sowohl die Kühlmittelzu- als auch die Kühlmittelabführungen befinden sich in dem mit Trennwänden versehenen Axialabschnitt des Kühlraumes, wobei die Kühlmittelzuführung in einem Teilraum und die Kühlmittelabführung in dem benachbarten Teilraum vorgesehen ist.

[0008] Der besondere Vorteil einer derartigen Ausbildung des Kühlraumes liegt darin, daß das Kühlmittel nicht direkt vom Kühlmitteleinlaß zum Kühlmittelauslaß strömen kann. Das Kühlmittel fließt nur in den mit einer Kühlmittelzuführung versehenen Teilraum des einen Axialabschnittes des Kolbens ein und wird durch die Auf- bzw. Abwärtisbewegung des Kolbens in den gegenüberliegenden trennwandfreien Axialabschnitt geschleudert. Die Trennwände können dabei entweder im unteren oder im oberen Axialabschnitt des Kolbens angeordnet sein. In beiden Fällen verteilt sich das Kühlmittel im trennwandfreien Axialabschnitt entlang dem Kolbenumfang. Erst im folgenden Abwärtshub bzw. Aufwärtshub gelangt das Kühlmittel wieder in den mit Trennwänden versehenen Axialabschnitt des Kolbens, und es wird der Teil des Kühlmittels, welcher in den mit einer Kühlmittelabführung versehenen Teilraum geströmt ist, zumindest teilweise abgeführt. Der im anderen Teilraum verbliebene Rest des Kühlmittels nimmt, zusammen mit frisch eingestromtem Kuhlmittel, erneut am Prozeß teil.

[0009] Somit wird eine intensive Vermschung des Kühlmittels erreicht, und alle Teilströme des Kühlmittels werden zur Kühlung herangezogen. Das Kühlmittel überstreicht in beiden Teilräumen das Zylinderrohr bei der Auf- bzw. Abwärtsbewegung und kühlt dieses dabei wirksam. Durch die in Umfangsrichtung verlaufende Fließbewegung im trennwandfreien Axialabschnitt wird eine weitere Erhöhung der Wärmeübertragung aufgrund erzwungener Konvektion erreicht. Die Gesamtwirkung der erfindungsgemäßen Merkmale führt zur gewünschten, vorteilhaften Verbesserung der Kühlung des Kolbens und des Zylinderrohres.

[0010] Aus der GB-A-1411 ist zwar eine Kolben/Zylinderanordnung bekannt, die eine Vielzahl der Merkmale des erfindungsgemäßen Kolbens aufweist; die bekannte Kolben/Zylinderanordnung weist jedoch nur Kanäle und Teilräume zur Kühlung mit einem gasförmigen Medium, nämlich Luft auf. Insoweit konnte die GB-A-1411 auch keine Anregungen zur erfindungsgemäßen Kolben/Zylinderanordnung geben, da die mit gasförmigen Kühlmitteln gewonnenen Erkenntnisse nicht ohne weiteres auf eine Kühlung mit flüssigen Kühlmitteln zu übertragen ist.

[0011] In der Weiterbildung der Erfindung (Ansprüche 2 und 3) ist vorgesehen, daß der trennwandfreie Axialabschnitt des Kühlraumes in Form einer Ringnut hinter den Dichtmitteln des Kolbens, d. h. hinter den Kolbenringen, welche den Kühlraum zum Brennraum hin abdichten, angeordnet ist. Der mit Trennwänden versehene Axialabschnitt des Kolbens ist dabei am pleuelseitigen Ende des Kolbens vorgesehen. Durch diese Ausbildung des Kolbens wird erfindungsgemäß erreicht, daß die thermisch stark belasteten Bereiche hinter den Dichtmitteln des Kolbens wirksam gekühlt werden. Dieser besondere Vorteil ist nur mit einer derartigen Ausgestaltung möglich, denn nur so gelangt das Kühlmittel bis an die Dichtmittel heran und kann in kolbenaxialer Richtung betrachtet, sogar noch Bereiche des Kolbens erreichen, die - axial gesehen - oberhalb der Dichtmittel des Kolbens liegen.

[0012] In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, den Kühlraum in eine Mehrzahl von Teilräumen zu unterteilen. Je größer die Zahl der Teilräume ist, desto gleichmäßiger wird die Kühlwirkung auf das Zylinderrohr. Da jedoch der Bauaufwand mit der Zahl der Teilräume stark ansteigt, ist eine Anzahl von vier oder sechs Teilräumen eine besonders geeignete Ausführungsform. Kühlmittelzu- und -abfluß sind getrennt jeweils einem Teilraum zugeordnet. Die Gesamtzahl der Teilräume entspricht deshalb einem Vielfachen der Zahl Zwei.

[0013] In der Ausbildung der Erfindung gemäß den Unteransprüchen 5 bis 10 sind die Kühlmittelzu- und -abführungen im unteren Totpunkt des Kolbens angeordnet, wobei radiale Bohrungen in der Zylinderrohrwand vorgesehen sind. Zumindest jedoch die Kühlmittelabführung kann auch als Bohrung in der pleuelseitigen Wandung des Kolbens, welche den Teilraum mit dem Kurbelgehäuse verbindet, ausgebildet sein. Befindet sich der Kolben nicht in seinem unteren Totpunkt, so schließt das Kolbenhemd den Kühlmittelzufluß. Damit ist erreichbar, daß das Kühlmittel eine definierte Zeit in dem Kühlraum des Kolbens verbleibt und in seiner Kühlwirkung intensiv ausgenutzt wird. Dies gilt insbesondere, wenn der Rauminhalt der Ringnut dem Rauminhalt der mit einer Kühlmittelzuführung versehenen Teilräume entspricht, denn gerade dann kann das gesamte Kühlmittel den Kolben im oberen Bereich kühlen. Es ist im weiteren auch möglich, daß das Kühlmittel von der Ringnut in noch weitere Kühlmittelkanäle bzw. Kühlmittelräume im Inneren des Kolbens geleitet wird und dort noch weitere Kühlaufgaben übernimmt.

[0014] In einer besonders vorteilhaften Ausbildung des Kolbens sind die Volumina der Teilräume etwa gleich groß. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, z. B. um örtlich besonders hohe Kühlwirkungen am Zylinderrohr zu erzielen, die Volumina der Teilräume unterschiedlich groß vorzusehen. Ein ähnliches Ergebnis ließe sich durch ungleichmäßige Dimensionierung der Kühlmittelzu- und Kühlmittelabführungen erreichen. Dagegen sind in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Durchflußquerschnitte der Kühlmittelzu- und -abführungen etwa gleich bemessen, wobei die Kühlmittelabführungen vorteilhafterweise eine geringfügig größere Kapazität aufweisen, um einen sicheren Abfluß des Kühlmittels aus dem Kühlraum sicherzustellen.

[0015] Als Kühlmittel ist gemäß Anspruch 17 das Motoröl der Brennkraftmaschine vorgesehen. Bei dieser Weiterbildung der Erfindung wird ein separater Kühlkreislauf eingespart und der Kolben braucht zum Kurbelgehäuse nicht kühlmitteldicht ausgeführt zu sein. Auch ist es so möglich, daß das Motoröl über einen Kühlkreislauf die gesamte Brennkraftmaschine, insbesondere noch dem Zylinderkopf und das Zylinderrohr von außen, kühlt. Bei einer derartigen Ausbildung wird in vorteilhaiter Weise nur ein einziger Kühler, nämlich ein Ölkühler, benötigt. Reicht die innere Zylinderkühlung zur Kühlung aus, so kann eine äußere Zylinderrohrkühlung ganz entfallen. Entsprechende Ausbildungen des Gesamtkühlsystems sind bei entsprechend kühlmitteldichter Konstruktion des Kühlraumes für jedes Kühlmittel verwemdbar. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung, in der schematisch bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.

[0016] Es zeigt:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kolben mit seitlicher Kühlmittelzuführung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Kolben gemäß Fig. 1,

Fig. 3 eine Teildarstellung eines axialen Schnitts durch einen Kolben in unterer Totpunktlage bei Kühlmittelzuführung,

Fig. 4 eine Teildarstellung eines Schnitts des Kolbens nach Fig. 3 in oberer Totpunktlage,

Fig. 5 eine Teildarstellung eines axialen Schnitts durch einen Kolben in Höhe eines kühlmittelabführenden Teilraumes in unterer Totpunktlage,

Fig. 6 eine Teildarstellung eines axialen Schnitts durch einen Kühlraum mit einem Steg als Dichtmittel zum Brennraum,

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Steg

a) an einer Ringwand des Kolbens einzeln abstehend angesetzt,

b) aus der Ringwand des Kolbens durch spanende oder errodierende Fertigung herausgearbeitet oder

c) als separates Bauteil im die Ringwand des Kolbens eingesetzt.

[0017] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Kolben 1, der in einem Zylinderrohr 2 axial geführt ist, dargestellt. Der Kolben 1 ist mit einem Kolbenhemd 3, einer Brennraummulde 4 und einem Kühlraum 5 ausgestattet. Der Kühlraum 5 verläuft in Umfangsrichtung des Kolbens 1 einmal um den gesamten Kolben 1 herum und ist im wesentlichen eine ring- oder schlauchförmige Einkerbung in der Kolbemumfangsfläche 14 des Kolbens 1, wobei der Kühlraum 5 über den gesamtem Umfang des Kolbens zum Zylinderrohr 2 geöffnet ist. Der Kühlraum 5 besteht im weiteren aus zwei Axialabschnitten, wovon der brennraumseitige als Ringnut 7 augebildet ist, die von dem inneren Kolbenkörper und einer äußeren Ringwand 17, die eine Begrenzung zum Zylinderrohr 2 ist und die die Kolbenringe trägt, gebildet wird. Der Kühlraum 5 erstreckt sich in diesem Axialabschnitt bis hinter die Kolbenringe. Der andere Axialabschnitt ist nahezu auf seiner gesamten axialen Höhe zum Zylinderrohr 2 geöffnet und weist vier Trennwände 8 auf. Diese Trennwände 8 reichen radial von der inneren Wand des Kühlraumes 5 an die Kolbenumfangsfläche 14 und axial von den pleuelseitigen Enden des Kühlraumes 5 bis zum axialen Beginn der Ringnut 7. Dadurch ist der pleuelseitige Axialabschnitt in vier nahezu gleichgroße Teilräume 9 unterteilt. Die Trennwände 8 sind Teile des Kolbens 1. Es könnten die Trennwände 8 jedoch auch als separate Bauteile hergestellt sein, oder die beiden Axialabschnitte des Kühlraumes 5 durch mehrere zusammengesetzte Teile des Kolbens gebildet werden.

[0018] In der Nähe des unteren Totpunktes des Kolbens 1 sind im Zylinderrohr 2 radiale Bohrungen 10 angeordnet, die sich etwa in der Mitte der axialen Höhe des unteren Axialabschnittes des Kühlraumes 5 befinden. In Umfangsrichtung des Kolbens betrachtet simd für einen Teilraum 9 je zwei radiale Bohrungen 10 derart vorgesehen, daß jeder Bohrung 10 ein etwa gleicher Winkelabschnitt des Teilraums zugeordnet ist. An einen Teilraum 9, in den radiale Bohrungen 10 münden, grenzt ein Teilraum 9 an, der axiale Bohrungen 11 in der pleuelseitigen Wandung 12 aufweist. Diese axialen Bohrungen 11 sind im Teilraum 9 symmetrisch verteilt.

[0019] Die radialen Bohrungen 10 in der Zylinderrohrwand 2 dienen zur Kühlmittelzuführung, während die axialen Bohrungen 11 das Kühlmittel in den Kurbelraum abführen. Die Durchmesser der axialen Bohrungen 11 sind zur sicheren Kühlmittelabführung geringfügig größer als die radialen Bohrungen 10 der Kühlmittelzuführungen ausgebildet. Ein Teilraum 9 mit einer Kühlmittelzuführung ist stets einem Teilraum 9 mit einer Kühlmittelabführung benachbart.

[0020] Die Größe der Teilräume ist so bemessen, daß die Teilräume, welche mit einer Kühlmittelzuführung versehen sind, alle zusammen in etwa das Raumvolumen der Ringnut 7 aufweisen. Außerdem sind alle Teilräume untereinander gleich groß. Es kann auch zweckmäßig sein, zur Erzielung einer gewollten, unterschiedlichen, örtlichen Kühlung der Zylinderrohrwand die Teilräume unterschiedlich groß auszubilden.

[0021] Im den Fig. 3 bis 5 ist die Funktionsweise einer derartigen Kühlvorrichtung des Zylinderrohres 2 bzw. des Kolbens 1 einer Brennkraftmaschine dargestellt. Befindet sich der Kolben 1 im unteren Totpunkt, so sind die in jedem zweiten Teilraum 9 mündenden Kühlmittelzuführungen geöffnet. Das Kühlmittel kann in den jeweiligen Teilraum 9 hineinströmen und füllt diesen bis zur Oberkante der Trennwände 8 auf. Wird der Kolben nun zum oberen Totpunkt hin bewegt, so benetzt das Kühlmittel in dem Kühlraum 5 das Zylinderrohr 2 auf dessen Umfamg und kühlt dieses dabei. Ab einer durch die Lage der Kühlmittelzuführung zum unteren Totpunkt des Kolbens bestimmten Höhe der Kolbenlaufbahn verschließt das Kolbenhemd die Kühlmittelzuführung. Setzt infolge der Annäherung an den oberen Totpunkt des Kolbens die Verzögerung desselben ein, so wird das gesamte Kühlmittel in die den Teilräumen 9 gegenüberliegende Ringnut 7 des Kühlraumes 5 geschleudert. Dort breitet es sich infolge der axialen Beschleunigung in Umfangsrichtung gleichmäßig aus. Durch diese Strömungsbewegung des Kühlmittels innerhalb der Ringnut 7 wird die Kühlung des Kolbens 1 intensiviert. Da der Rauminhalt aller mit einer Kühlmittelzuführung versehenen Teilräume 9 dem Gesamtrauminhalt der Ringnut 7 entspricht, wird das Kühlmittel vollständig von der Ringnut 7 aufgenommen (Fig. 4). Im darauf folgenden Abwärtshub des Kolbens fällt das Kühlmittel infolge der einsetzenden entgegengesetzt gerichteten Beschleunigung wieder in den unterteilten Axialabschnitt des Kühlraumes 5 zurück. Da das Kühlmittel sich jedoch in der Ringnut 7 gleichmäßig auf den gesamten Umfang verteilt hat, gelangt es je zur Hälfte in die Teilräume 9 mit einer Kühlmittelabführung und in die Teilräume 9 mit einer Kühlmittelzuführung. Auch bei der Abwärtsbewegung benetzt das Kühlmittel das Zylinderrohr 2 und kühlt dieses. Sobald sich das Kühlmittel in den Teilräumen 9, welche mit den Kühlmittelabführungsbohrungen 11 versehen sind, befindet, wird es durch diese Bohrung 11 abgeführt. Im unteren Totpunkt angelangt, gibt das Kolbenhemd 3 die Zuflußbohrung 10 frei, und der Zyklus beginnt von neuem. Es können mehr als zwei Zuflußbohrungen 10 bzw. Abflußbohrungen 11 in einem Teilraum 9 des Kolbens 1 angeordnet sein.

[0022] In der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Ausbildung der Erfindung sind die Kühlmittelzuführungen als radiale Bohrungen 10 im Zylinderrohr 2 und die Kühlmittelabführungen als axiale Dohrungen 11 im Kolben 1 vorgesehen; es ist hingegen auch möglich, die Kühlmittelabführungen ebenfalls in dem Zylinderrohr 2 vorzusehen. Außerdem können die Kühlmittelzu- und auch -abführungen zur genauen Steuerung des Kühlmittelzuführungszeitpunktes bzw. des Kühlmittelabführungszeitpunktes mit axial verlaufenden Nuten in der Zylinderrohrwand 2 und auch im Kolbenhend 3 verbunden sein. Durch diese Kombination von axial verlaufenden Nuten ist es beispielsweise möglich, die Kühlmittelzuführung in den Kühlraum 5 vom unteren Totpunkt bis maximal zum oberen Totpunkt oder bis zu einem definierten Zeitpunkt der Kolbenbahn aufrecht zu erhalten.

[0023] In den Fig. 6 und 7 ist die Ausbildung einer Ölabstreifvorrichtung bzw. einer Kühlmittelabstreifvorrichtung dargestellt. Auf dieses Weise kann ein besonderer Ölabstreifring bzw. ein Kühlmittelabstreifring entfallen. Es ist dabei an dem Kolben 1 an die die Kolbenringe tragenden Ringwand 17, eine Art Steg 13 vorgesehen. Dieser Steg 13 ist an der pleuelseitigen Unterkante der Ringwand 17 auf der dem Zylinderrohr 2 zugewandten Seite in zylinderaxialer Richtung angeordnet. Zur höheren Wirkung des Steges 13 ist derselbe in axialer Richtung vielfach geschlitzt und mit einer Vorspannung versehen. Durch diese Vorspannung ragt der Steg 13 im nicht eingebauten Zustand des Kolbens 1 radial aus der Kolbenumfangsfläche 14 heraus. Erst im eingebauten Zustand legt er sich optimal an das Zylinderrohr 2 an und verhindert durch diese Dichtwirkung das Eindringen von Kühlmittel in den Brennraum. Der Steg 13 könnte zur Abdichtung des Kühlraums 5 mit noch weiteren Dichtmitteln ebenfalls an dem pleuelseitigen Ende des Kolbens angeordnet sein und den Kühlraum 5 zur Verwendung eines anderen Kühlmittels gegen den Kurbelwellenraum abdichten.

[0024] In Fig. 7 sind verschiedene Ausführungsformen des Steges 13 gezeigt. Bevorzugt ist die Ausbildung als völlig separat stehender Steg 13 nach Fig. 7a oder als durch Fräsen einer Nut 15 aus der Ringwand 17 hergestellter Steg 13 nach Fig. 7b. In Fig. 7c ist eine Ausführungsform des Steges 13 als selbständiges Bauteil gezeigt. Dabei ist der Steg 13 in eine ringförmige, radial verlaufende Nut in die Ringwand 17 mit einem Grundkörper 16 eingesetzt. Von diesem Grundkörper 16 läuft der eigentliche Steg 13, welcher die Dichtwirkung bewirkt, axial in Richtung des pleuelseitigen Endes des Kolbens 1. Der gesamte separate Körper kann aus einem anderen Material als der Kolben 1 gefertigt werden. Hierbei ist insbesondere Keramik oder auch ein hochlegiertes Metallmaterial von besonderer Bedeutung.

Ansprüche

1. Brennkraftmaschine mit einer Kolbenkühlung und einer inneren Zylinderrohrkühlung, mit zumindest einem vom Kolben (1) und dem Zylinderrohr (2) begrenzten Kühlraum (5) und mit geeigneten Dichtmitteln des Kolbens an dessen brennraumseitigem Ende, beispielsweise Kolbenringen, wobei der Kühlraum (5) sich in Umfangsrichtung des Kolbens (1) erstreckt, wobei der Kühlraum (5) mit mindestens je einer Kühlmittelzuführung und einer Kühlmittelabführung für ein flüssiges Kühlmittel versehen ist und wobei der Kühlraum (5) mindestens zwei etwa axial verlaufende Leitstücke aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitstücke als Trennwände (8) ausgebildet sind, daß die in zylinderaxialer Richtung gemessene Höhe der Trennwände (8) geringer als die in selber Richtung gemessene Höhe des Kühlraumes (5) ist, daß die Trennwände (8) einen ersten Axialabschnitt des Kühlraumes (5) in Umfangsrichtung des Kolbens (1) in zumindest zwei voneinander getrennte Teilräume (9) aufteilen, die über den zweiten, trennwandfreien Axialabschnitt des Kühlraunes (5) miteinander in Verbindung stehen, und daß eine Kühlmittelzuführung (10) einem Teilraum (9) und eine Kühlmittelabführung (11) einem in Umfangsrichtung benachbarten Teilraum (9) zugeordnet ist.

2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (8) am pleuelseitigen Axialabschnitt des Kühlraumes (5) vorgesehen sind.

3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der trennwandfreie Axialabschnitt des Kühlraumes (5) als Ringnut (7) ausgebildet ist, die radial hinter den Dichtmitteln des Kolbens (1) angeordnet ist.

4. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der mit Trennwänden (8) versehene Axialabschnitt des Kühlraumes (5) in eine Anzahl von Teilräumen (9) geteilt ist, wobei die Anzahl ein ganzzahliges Vielfaches der Zahl Zwei ist.

5. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelabführung als mindestens eine Bohrung (11) im Kolben (1). ausgebildet ist.

6. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelzuführung mit einer Tasche oder mit mindestens einer axialen bzw. auch radiale. Nut in Verbindung steht.

7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine radial in der Zylinderrohrwand (2) angeordnete, Kühlmittelzuführung und eine Kühlmittelabführung, wobei entweder die Kühlmittelzuführung (10) oder die Kühlmittelabführung (11) oder auch beide im unteren Totpunkt des Kolbens (1) angeordnet sind.

8. Brennkraftmaschine nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß im oberen Totpunkt des Kolbens (1) kein Kühlmittel zu- bzw. abführbar ist.

9. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Raumvolumen der Ringnut (7) in etwa dem Raumvolumen aller mit einer Kühlmittelzuführung versehenen Teilräume (9) des Kolbens (1) entspricht.

10. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rauminhalt aller Teilräume (9) gleich groß ist.

11. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß am brennraumseitigen Axialabschnitt des Kühlraumes (5) an der Kante der seitlichen Öffnung zum Zylinderrohr (2) hin ein dünnwandiger Steg (13) vorgesehen ist.

12. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (13) über den gesamten Umfang des Kolben (1) verläuft und koaxial zur Zylinderachse angeordnet ist.

13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet,
daß der Steg (13) an einer Ringwand (17), die zusammen mit einem inneren Teil des Kolbens (1) die Ringnut (7) bildet, an der zum pleuelseitigen Ende des Kolbens (1) weisenden Oberfläche oder an der zum Zylinderrohr (2) weisenden Oberfläche vorgesehen ist.

Claims

1. An internal combustion engine including a system for cooling the or each piston and the interior of its associated cylinder, the system comprising at least one cooling chamber (5) defined by the piston (1) and the cylinder (2), and suitable piston-sealing means disposed at the piston's end portion closest to the combustion chamber, for example piston rings, in which the cooling chamber (5) extends in circumferential direction around the piston (1) and is provided with at least one each coolant inlet and coolant outlet for a liquid coolant, and in which the cooling chamber (5) includes at least two, substantially axially extending, conducting pieces,
characterized in that the conducting pieces are dividing walls (8), that the height of the dividing walls (8)-measured along the direction of the cylinder axis - is less than the overall height - measured in the same direction - of the cooling chamber (5), that the dividing walls (8) divide a first axial section of the cooling chamber (5) in circumferential direction around the piston (1) into at least two separate subchambers (9) which communicate with one another via a second axial section of the cooling chamber (5) not provided with dividing walls, and in that a coolant inlet (10) is associated with one of the subchambers (9) and a coolant outlet (11) with the other circumferentially adjoining subchamber (9) or subchambers.

2. An internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the dividing walls (8) are located in the cooling chamber's (5) axial section closest to the connecting rod.

3. An internal combustion engine according to claim 1 or claim 2,
characterized in that the cooling chamber's (5) axial section without dividing walls is an annular groove (7) located radially inwardly at the rear of the piston's (1) sealing means.

4. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized in that the cooling chamber's (5) axial section provided with the dividing walls (8) is divided into a number of subchambers (9) the number being a whole-number multiple of the number 2.

5. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized in that the coolant outlet is formed by at least one bore (11) in the piston (1).

6. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized in that the coolant inlet communicates with a pocket or with at least one axially extending slot which may also extend in radial direction.

7. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized by a coolant inlet arranged radially in the cylinder wall (2) and by a coolant outlet, in which the coolant inlet (10) or the coolant outlet (11) or both are disposed in the region of the piston's (1) bottom dead centre.

8. An internal combustion engine according to claim 7, characterized in that the coolant is not feedable into or removable from the region of the piston's (1) top dead centre.

9. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized in that the volume of the annular groove (7) substantially matches the combined volume of all the subchambers (9) provided with a coolant inlet.

10. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized in that the volume of all the subchambers (9) is the same.

11. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized in that a thin-walled fillet (13) is arranged in the cooling chamber's (5) axial section closest to the combustion chamber on the edge of the lateral opening opposite the cylinder wall (2).

12. An internal combustion engine according to claim 11, characterized in that the fillet (13) extends around the piston's (1) entire circumference coaxially with the cylinder axis.

13. An internal combustion engine according to claim 11 or claim 12,
characterized in that the fillet (13) is arranged on an annular wall (17), which together with an inner part of the piston (1) defines the annular groove (7), on a surface of said annular wall pointing to the piston's (1) end closest to the connecting rod or on a surface pointing to the cylinder wall (2).

14. An internal combustion engine according to any of the claims 11 to 13,
characterized in that the fillet (13) is repeatedly slit in a direction corresponding to that of the cylinder axis.

15. An internal combustion engine according to any of the claims 11 to 14,
characterized in that the fillet (13) is offset angularly outwardly in respect of the cylinder axis at an acute angle of, preferably, substantially between 0 - 15°, and in that the fillet (13), after the piston has been mounted in the cylinder, rests by virtue of its internal stress against the cylinder wall (2).

16. An internal combustion engine according to any of the claims 11 to 15,

characterized in that the fillet (13) is a separately manufactured component, preferably of a ceramic material.

17. An internal combustion engine according to any of the preceding claims,
characterized in that the coolant is the engine oil of the internal combustion engine.

Revendications

1. Moteur à comustion interne à refroidissement du piston et refroidissement interne du délimitée au moins par un piston (1) et le cylindre (2) et de moyens d'étanchéité appropriés sur le piston à son extrémité située du côté de la chambre de combustion par exemple des segments de piston, la chambre de refroidissement (5) s'étendant dans la direction périphérique du piston (1), la chambre de refroidissement (5) étant munie d'au moins une alimentation et d'au moins une évacuation de fluide de refroidissement et la chambre de refroidissement (5) comporte au moins deux pièces directrices sensiblement axiales, moteur à combustion interne caractérisé en ce que les pièces directrices sont des cloisons (8), la hauteur des cloisons (8) mesurée dans la direction axiale du cylindre étant inférieure à la hauteur de la chambre de refroidissement (5) mesurée dans la même direction, les cloisons (8) subdivisant une première section axiale de la chambre de refroidissement (5) dans la direction périphérique du piston (1) en au moins deux chambres partielles (9) séparées l'une de l'autre et qui communiquent entre elles par le second segment axial sans cloison de la chambre de refroidissement (5), une alimentation en fluide de refroidissement (10) étant associée à une chambre partielle (9) et une évacuation de fluide de refroidissement (11) étant associée à une chambre partielle (9) voisine dans la direction périphérique.

2. Moteur à combustion interne selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cloisons (8) sont prévues au niveau du segment axial de la chambre de refroidissement (5) situé du côté de la bielle.

3. Moteur à combustion interne selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le segment axial de la chambre de refroidissement (5) sans cloison est en forme de rainure annulaire (7), rainure qui se trouve radialement derrière les moyens d'etanchéité du piston (1).

4. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le segment axial de la chambre de refroidissement (5) comportant les cloisons (8) est subdivisé en un certain nombre de chambres partielles (9), ce nombre étant un multiple entier du chiffre deux.

5. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évacuation de fluide de refroidissement est assurée par au moins un perçage (11) réalisé dans le piston (1).

6. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'évacuation de fluide refroidissement est reliée à une poche ou au moins une rainure axiale ou radiale.

7. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentrs, caractérisé en ce qu'au moins l'une des alimentations ou évacuations de fluide de refroidissement est prévue dans la paroi du cylindre (2) et soit l'alimentation (10), soit l'évacuation (11), soit les deux se trouvent en-dessous du point mort bas du piston (1).

8. Moteur à combustion interne selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au point mort haut du piston (1), le fluide de refrordissement ne peut ni être fourni, ni être évacué.

9. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de la rainure annulaire (7) correspond sensiblement au volume de toutes les chambres partielles (9) du piston (1) munies d'une alimentation en fluide de refroidissement.

10. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le volume de toutes les chambres partielles (9) est identique.

11. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une cloison mince (13) prévue sur le segment axial de la chambre de refroidissement (5) situé du côté de la chambre de combustion au niveau de l'arête de l'ouverture latérale en direction du cylindre (2).

12. Moteur à combustion interne selon la revendicatron 11, caractérisé en ce que l'entretoise (13) s'étend sur toute la périphérie du piston (1) et est coaxiale à l'axe du cylindre.

13. Moteur à combustion interne selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'entretoise (13) est prévue sur une paroi annulaire (17) qui forme la rainure annulaire (7) avec une partie intérieure du piston (1 rainure au niveau de la surface extérieure du piston (1) à son extrémité située du côté de la bielle ou tournée vers le cylindre (2).

14. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la nervure (13) est fendue plusieurs fois dans la direction de l'axe du cylindre.

15. Motcur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la nervure (13) est recourbée vers l'extérieur par rapport à l'axe du cylindre suivant un angle aigu de préférence compris entre 0 et 15° et en ce que, lorsque le piston (11) est monté, la nervure (13) s'applique par sa contrainte propre contre la chemise du cylindre (2).

16. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la nervure (13) est une pièce séparée de préférence en matière céramique. 17. Moteur à combustion interne selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement est l'huile du moteur à combustion interne.

Zeichnung