PISTON FOR AN INTERNAL-COMBUSTION ENGINE RUNNING ON HEAVY OIL

Abstract: 1. A piston for internal combustion engines operated with heavy oil, which piston has a piston head consisting of ferrous material and having cavities for conducting cooling oil, characterized by the provision of blind holes (4, 9), which are provided in the skirt of the piston behind the ring-carrying portion (3), and of rods (5, 8) consisting of a material having a high thermal conductivity and inserted in respective ones of said blind holes for ensuring a controlled transfer of heat from the piston to those regions of the ring-carrying portion of the piston in which the temperature must be increased in order to prevent an occurrence of temperatures below the dew point temperature of sulfuric acid.

Description: Kolben für mit Schweröl betriebene Brenn kraftmaschinen Die Erfindung betrifft einen Kolben mit kühlölführenden Hohlräumen im aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Kolbenkopf für mit Schwer öl betriebene Brennkraftmaschinen. Der ständig steigende Bedarf an Leichtölen hat dazu geführt, dass der früher relativ breite Siedeschnitt von Schwerölen durch entsprechende Massnahmen heute enger ist, mit der Folge, dass die Konzentration der im Rohöl und damit im Schweröl enthaltenen schädlichen Bestandteile, wie Schwefel, Vanadium und Natrium, angestiegen ist. So können heute im Schweröl bis zu 5 % Schwefel enthalten sein, wovon ca. 0,1 % bei der Verbrennung in Schwefeltrioxid umgewandelt wird und mit Hilfe von Wasserdampf Schwefelsäure bildet. Wenn die Temperatur der den Brennraum umgebenden Wandungen den Säuretaupunkt unterschreitet, kann sich die Schwefelsäure niederschlagen und Korrosion verursachen. Gefährdete Stellen sind insbesondere der Kolben im Bereich der Ringpartie, die Kolbenringe sowie die-Zylinderwandung im OT-Bereich. Der durch Säurekorrosion erhöhte Verschleiss führt zu einem vergrösserten Gasdurchlass und Ölverbrauch. Zur Lösung dieses Problems ist es bereits bekannt, den Schmierölen alkalische Wirkstoffe zuzugeben, die die sauren und korrosiven Verbrennungsprodukte neutralisieren sollen; es bleiben dann Schwefelsäure, Kolben, Kolbenringe und Zylinderwandung durch den Schmierfilm voneinander getrennt, da die Schwefelsäure neutralisiert wird. Allerdings wird auch bei optimaler Schmierfilmausbildung und ausreichendem Neutralisationsvermögen die angestrebte Wirkung nicht voll erreicht, so dass Korrosionsschäden eintreten können. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den eingangs beschriebenen Kolben durch konstruktive Massnahmen so zu gestalten, dass die Temperatur des Kolbens im Bereich der Ringpartie, wenigstens jedoch im Bereich der ersten Kolbenringnute, so angehoben wird, dass keine Unterschreitung des Säuretaupunktes der Schwefelsäure stattfindet. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch auf dem Umfang im Bereich hinter der Ringpartie des Kolbens angebrachte Sacklöcher, in die jeweils ein aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehender Stab eingesetzt ist. Die Sacklöcher sind vorzugsweise von der Innenseite des Kolbens und nur in Ausnahmefällen vom Kolbenboden her angebracht. Beim Kolben für mit Schweröl betriebenen Brennkraftmaschinen steigt die Aussenflächentemperatur des Kolbenbodens radial von innen nach aussen an, so dass im Normalfall die Temperatur des Randbereiches des Kolbenbodens radial von innen nach aussen von ca. 250 auf ca. 350 C zunimmt. Die Temperatur im Bereich der ersten Kolbenringnute beträgt 100 - 120 OC, so dass der Säuretaupunkt der Schwefelsäure, der in Abhängigkeit vom Druck und vom Schwefelgehalt des Schweröls bis auf ca. 180 OC ansteigen kann, deutlich unterschritten ist. Durch die erfindungsgemässe Anordnung der aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehenden Stäbe hinter der Ringpartie des Kolbens gelingt es die Temperatur des Kolbens in diesem Bereich, insbesodnere jedoch im Bereich der ersten Kolbenringnute, auf 2 150 OC zu erhöhen, so dass die Gefahr der Unterschreitung des Säuretaupunktes für Schwefelsäure weitgehend beseitigt ist und die für die Bildung der Schwefelsäure anfallenden Komponenten mit den Abgasen ausgestossen werden können. Die Sacklöcher können parallel oder geneigt zur Kolbenlängsachse verlaufend angeordnet sein. Zweckmässigerweise sind die vorzugsweise aus Kupfer oder Silber bzw. deren Legierungen bestehenden Stäbe in die Sacklöcher eingeschraubt oder eingeklebt. Um einen gezielten Wärmetransport vom Kolben her zu den Bereichen der Ringpartie des Kolbens, in denen eine Temperaturerhöhung zur Verhinderung der Unterschreitung des Taupunktes der Schwefelsäure notwendig ist, zu erreichen, stehen nur die Enden der einen taillierten Schaft aufweisenden Stäbe mit dem Kolben in unmittelbarem Kontakt. Eine Abwandlung der Erfindung ist darin zu sehen, dass in vom Kolbenboden her angebrachte mit einem Stopfen verschlossene Sacklöcher oder in einen entsprechend angeordneten Kanal Natrium als gut wärmeleitendes Material eingebracht ist, wodurch eine Wärmeleitung vom Kolbenboden zur Ringpartie durch Planschwirkung erreicht wird. Die Erfindung ist in den nachfolgend näher erläuterten Zeichnungen beispielhaft dargestellt. Es zeigt Fig. 1 den Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines mit dem Kühlkanal 1 versehenen Kolbens 2 mit einem hinter der Ringpartie 3 parallel zur Kolbenlängsachse angebrachten Sackloch 4, in das ein einen taillierten Schaft besitzender Kupferstab 5, in der Weise eingeschraubt ist, dass nur seine Enden unmittelbar mit dem Kolben 2 in Kontakt stehen. Gemäss Fig. 2, die einen Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines Kolbens 6 mit Kühlkanal 7 darstellt, ist der wärmeleitende Kupfer stab 8 in ein geneigt zur Kolbenlängsachse verlaufendes von der Kolbeninnenseite her angebrachtes Sackloch 9 eingeschraubt. In Fig. 3 ist ein Teilausschnitt eines Längsschnittes durch den Kolbenkopf eines einen Kühlkanal 10 aufweisenden Kolbens 11 wiedergegeben, bei dem vom Rand des Kolbenbodens 12 aus ein parallel zur Kolbenlängsachse angebrachtes Sackloch 13 vorhanden ist. In dem mit dem verschweissten Stopfen 14 verschlossenen Sackloch 13 befindet sich Natrium 15. Am Beispiel eines gebauten, einen Durchmesser von 320 mm aufweisenden Kolbens, dessen Oberteil aus Stahl und dessen Unterteil aus Gusseisen mit Kugelgraphit bestand und bei dem im Bereich hinter dem Feuersteg und der ersten Kolbenringnute 60 Kupferstifte in entsprechenden Sacklöchern angeordnet waren, konnte durch eine Berechnung der Temperaturfelder bei einem Druck von Pe = 23,5 bar und n = 800 1/min nachgewiesen werden, dass sich die Temperatur unter dem Einfluss der Kupfer stifte in der ersten Kolbenringnute gegenüber derjenigen in der ersten Kolbenringnute eines herkömmlichen gebauten Kolbens um 23 OC erhöhen lässt.

Claims: PATENTANSPRÜCHE 1. Kolben mit kühlölführenden Hohlräumen im aus einem Eisenwerkstoff bestehenden Kolbenkopf für mit Schwer öl betriebene Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch, auf dem Umfang im Bereich hinter der Ringpartie (3) angebrachte Sacklöcher (4, 9), in die jeweils ein aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff bestehender Stab (5, 8) eingesetzt ist. 2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (4, 9) von der Innenseite des Kol bens (2, 6) her angebracht sind. 3. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sacklöcher (13) vom Kolbenboden her angebracht sind. 4. Kolben nach den Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Sacklöcher (4) parallel zur Kolben längsachse verlaufend angeordnet sind. 5. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Sacklöcher (9) geneigt zur Kolben längsachse angeordnet sind. 6. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stäbe (5, 8) aus Kupfer oder Silber bzw. deren Legierungen bestehen. 7. Kolben nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stäbe (5, 8) in die Sacklöcher (4, 9) eingeschraubt sind. 8. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, dass die Stäbe (5, 8) in die Sacklöcher (4, 9) eingeklebt sind. 9. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekenn zeichent, dass die Stäbe (5, 8) einen taillierten Schaft besitzen und nur mit ihren Enden unmittelbar mit dem Kolben (2, 6) in Kontakt stehen. 10. Kolben nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch abgewandelt, dass sich in vom Kolbenboden (12) her angebrachten mit einem Stopfen (14) verschlossenen Sacklöchern (13) oder einem entsprechend angebrachten Kanal Natrium (15) befindet.

Inventors: MOEBUS, HORST, DR.
Applicants: KOLBENSCHMIDT AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1982
Main classification: F02F3
IPC codes: F02F3