DE102009001888A1

DE102009001888A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102009001888A1
Application number: DE102009001888A
Authority: DE
Inventors: Martin NÖDL
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2010-10-07
Anticipated expiration: 2029-03-27
Also published as: WO2010108749A1; DE102009001888B4; DE102009001888C5

Abstract

Ein Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem in dem Kolbenmaterial integral ausgebildeten Kühlkanal (12) zeichnet sich dadurch aus, dass jegliche vorhandenen Kühlkanäle (12) weitgehend radial verlaufen.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
Auf dem Gebiet der Verbrennungsmotoren ist es für die darin eingesetzten Kolben erforderlich, diese derart zu kühlen, dass die im Betrieb auftretenden Temperaturen in einem Bereich bleiben, in dem die Dauerhaftigkeit des Kolbens gewährleistet werden kann. Ferner ist es für die Kolben von Verbrennungsmotoren, da es sich hierbei um Produkte handelt, die in großer Anzahl produziert werden, erforderlich, deren Herstellung möglichst effizient zu halten.
Stand der Technik
Aus der DE 197 03 001 A1 der Anmelderin ist ein Kolben für einen Verbrennungsmotor bekannt, der zusätzlich zu einem ringförmigen Kühlkanal einen sich diametral erstreckenden so genannten Brückenkühlkanal aufweist.
Ferner betrifft die DE 10 2004 029 926 A1 der Anmelderin einen Kolben, der zwischen Brennraummulde und Kolbenbolzen einen durch einen separat eingebrachten Boden begrenzten Kühlraum aufweist. Ein derartiger, in dem fraglichen Bereich zumindest zweiteilig aufgebauter Kolben führt ebenso wie der vorangehend beschriebene Kolben mit der Kombination aus ringförmigem und diametral verlaufendem Kühlkanal zu einem vergleichsweise hohen Herstellungsaufwand.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Kolben für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der einfach und effizient herzustellen ist und es darüber hinaus ermöglicht, die notwendigen Kühlmaßnahmen zu realisieren.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den im Anspruch 1 beschriebenen Kolben.
Demzufolge weist dieser zumindest einen in dem Kolbenmaterial integral ausgebildeten Kühlkanal auf, wobei jegliche vorhandenen Kühlkanäle weitgehend radial verlaufen. Mit anderen Worten ist der Kühlkanal in dem Kolbenmaterial selbst ausgebildet und erfordert keine separaten Bauelemente, wie Böden oder dergleichen zur Begrenzung des Kühlkanals. Der erfindungsgemäße Kühlkanal erstreckt sich gewissermaßen als ”Tunnel” durch das Kolbenmaterial und ist somit vollständig von demjenigen Material umgeben, aus dem der Kolben gefertigt ist. Mit anderen Worten kann der erfindungsgemäße Kolben einstückig gestaltet sein. Der Kolben wird somit einfach gehalten, und seine Herstellung kann effizient bewerkstelligt werden, so dass zumindest im Bereich des beschriebenen Kühlkanals keine separaten Komponenten oder Bauteile erforderlich sind. Vielmehr kann der erfindungsgemäße Kühlkanal beispielsweise beim Gießen durch Einbringen eines geeigneten Salzkerns, der nach dem Erstarren des Kolbenmaterials herausgespült wird, hergestellt werden.
Erfindungsgemäß verlaufen jegliche vorhandenen Kühlkanäle weitgehend radial. Somit wird im Rahmen der Erfindung auf ringförmige Kühlkanäle verzichtet. Diese häufig eingesetzten ringförmigen Kühlkanäle dienen in erster Linie der Kühlung der obersten Ringnut von Ottomotor-Kolben. Insbesondere bei Ottomotorkolben, für welche die Erfindung bevorzugt eingesetzt wird, hat sich jedoch herausgestellt, dass die Kühlung des Bereichs der obersten Ringnut weniger kritisch ist als die Kühlung des Kolbenbodens, mit anderen Worten des Bereichs unmittelbar unterhalb des Brennraums oder einer in dem Kolben ausgebildeten Brennraummulde.
Die Erfindung beruht im Wesentlichen auf dem Grundgedanken, eine Kolbenboden-Anspritzkühlung zu realisieren und mit Hilfe des beschriebenen sich weitgehend radial erstreckenden Kühlkanals zu, verhindern, dass das Kühlöl, insbesondere im unteren Totpunkt, den Kolbenboden verlässt und nicht mehr zur Kühlung desselben beiträgt. Dadurch, dass sich das Kühlöl in dem radial verlaufenden Kühlkanal befindet, bleibt es in diesem Bereich und kann auch zu einem Zeitpunkt nach dem unteren Totpunkt, und insbesondere nach dem oberen Totpunkt zur Kühlung des Kolbenbodens beitragen. Hierdurch und durch fortlaufenden Transport von Kühlöl durch den radial verlaufenden Kühlkanal, was durch weiteres Anspritzen gewährleistet werden kann, kann im Wesentlichen der gesamte Kolbenboden in der Pleuelschwingrichtung gekühlt werden. Im Hinblick auf den weitgehend radialen Verlauf des Kühlkanals sei erwähnt, dass dieser bzw. jegliche vorhandenen Kühlkanäle nicht notwendigerweise durch die Mitte des Kolbens, d. h. durch die Kolbenachse verlaufen müssen, sondern auch ähnlich wie eine Kreissehne verlaufend vorgesehen sein können. Ferner kann der Kühlkanal vergleichsweise breit ausgebildet werden, so dass von einem Kühlraum oder einer für die Kühlung geschaffenen Ebene im Bereich des Kolbenbodens gesprochen werden kann.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Es hat sich als günstig erwiesen, wenn zumindest im Bereich eines Zu- und/oder Ablaufs zumindest eines Kühlkanals der Kolbenboden eine brennraumnahe Begrenzung des Kühlkanals bildet. Die brennraumnahe Begrenzung kann auch (unter der Annahme, dass sich der Brennraum ”oben” befindet) als obere Begrenzung des Kühlkanals bezeichnet werden. Die beschriebene Gestaltung bringt im Wesentlichen mit sich, dass eine bewährte Kolbenboden-Anspritzung beibehalten werden kann, und der Kühlmittelstrahl nicht nur von der Auftreffstelle am Kolbenboden zu weiteren Zonen des Kolbenbodens abgelenkt wird, sondern auch in den erfindungsgemäßen Kühlkanal gelenkt wird. In diesem verbleibt das Kühlmittel, wie oben beschrieben, länger als bei herkömmlichen Kolben mit einer Kolbenboden-Anspritzung, was zu einer verbesserten Kühlwirkung führt. Die oben genannte Maßnahme bietet darüber hinaus den Vorteil, dass vorhandene Geometrien und Bauteile, wie z. B. Kühlmitteldüsen, von bewährten Ölanspritzkühlungen beibehalten werden können.
Es wird derzeit ferner bevorzugt, zumindest einen zumindest weitgehend radial verlaufenden Kühlkanal zumindest teilweise geneigt auszubilden. Hierdurch kann beispielsweise die Menge des Kühlöls, die nach der Anspritzung in den Kühlkanal gelangt, erhöht werden und/oder durch geneigt ausgebildete Abschnitte kann für die Form des Kühlkanals die Form einer Brennraummulde berücksichtigt werden, um den Kühlkanal über möglichst weite Teile seines Verlaufs möglichst nahe an die zu kühlenden Zonen der Brennraummulde heranzubringen.
In diesem Zusammenhang kann es in bestimmten Fällen günstig sein, zumindest einen Kühlkanal ausgehend von einem Zu- und/oder Ablauf von dem Brennraum weg geneigt vorzusehen. Hierdurch wird erwartet, dass die Menge des in den Kühlkanal gelangenden Kühlmittels erhöht werden kann.
Eine besonders gute Kühlung der zentralen Bereiche des Kolbens wird für eine Ausführungsform festzustellen sein, bei welcher zumindest ein Kühlkanal zu der Kolbenachse hin in Richtung des Brennraums geneigt verläuft.
Besonders vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Kühlkanal insgesamt wellenförmig gestaltet sein, wobei sich Wellenberge an den Zu- und/oder Abläufen und im Bereich der Kolbenachse befinden können.
Die Erfindung erreicht, wie erwähnt, insbesondere eine Kühlung der zentralen Bereiche, insbesondere des Kolbenbodens, und macht einen ringförmigen Kühlkanal entbehrlich. Dies gilt insbesondere für diejenige bevorzugte Ausführungsform, bei der der Kolben mittels Hartanodisierung beschichtet ist, da insbesondere hier die Temperaturen im Bereich der obersten Ringnut gut zu beherrschen sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachfolgend wird eine beispielhaft in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbens näher erläutert.
Die Figur zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Kolbens.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Wie anhand des in der Figur im Schnitt dargestellten Kolbens zu erkennen ist, kann der erfindungsgemäße weitgehend radial verlaufende Kühlkanal 12 dahingehend verstanden werden, dass unterhalb des Kolbenbodens 14 eine Begrenzung 24 eingezogen wird, die am Kolbenboden in den seitlichen Bereichen Zu- und/oder Abläufe 16 belässt, durch die Öl eingespritzt werden kann. Dieses kann insbesondere dadurch, dass Rundungen 18 ausgebildet werden, in vorteilhafter Weise in den Kühlkanal 12 gelenkt werden. Ausgehend von den Zu- und/oder Abläufen verläuft dieser bei dem gezeigten Beispiel zunächst von dem Brennraum (in der Figur im oberen Bereich) weg und anschließend zur Kolbenachse 20 hin in Richtung des Brennraums. In dem gezeigten Beispiel befindet sich an der Kolbenachse 20 ein Wellenberg des insgesamt weitgehend wellenförmig gestalteten Kühlkanals 12. Wie in der Figur gezeigt ist, kann der erfindungsgemäße Kolben eine Brennraummulde 22 aufweisen, die insbesondere in ihrem zentralen Bereich besonders gut gekühlt werden kann, wenn sich der Kühlkanal 12 in dieser Zone besonders nahe der Brennraummulde 22 befindet. Die Materialdicke des Kolbenmaterials im Bereich der Begrenzung 24 unterhalb des Kühlkanals 12 kann, wie in der Figur gezeigt, über den Verlauf des Kühlkanals 12 weitgehend gleichbleibend sein, so dass sich deren bevorzugt wellenförmige Gestalt an dem Kolbenboden, der nunmehr durch die Begrenzung 24 gebildet wird, abbildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19703001 A1 [0003]
- DE 102004029926 A1 [0004]

Claims

Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem in dem Kolbenmaterial integral ausgebildeten Kühlkanal (12), dadurch gekennzeichnet, dass jegliche vorhandenen Kühlkanäle (12) weitgehend radial verlaufen.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich eines Zu- und/oder Ablaufes (16) zumindest eines Kühlkanals (12) ein Kolbenboden (14) eine brennraumnahe Begrenzung des Kühlkanals (12) bildet.
Kolben nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlkanal (12) zumindest teilweise geneigt verläuft.
Kolben nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlkanal (12) ausgehend von zumindest einem Zu- und/oder Ablauf (16) von einem Brennraum weg geneigt verläuft.
Kolben nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlkanal (12) zu einer Kolbenachse (20) hin in Richtung zu einem Brennraum geneigt verläuft.
Kolben nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kühlkanal (12) insgesamt wellenförmig gestaltet ist.
Kolben nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser zumindest teilweise eine Hartanodisierungsbeschichtung aufweist.