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Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Üblicherweise werden bei Brennkraftmaschinen Kolben mit mehreren Ringnuten verwendet, wobei in mindestens einer Ringnut ein Ölabstreifring vorgesehen ist. Mit einem solchen Ölabstreifring wird in der Regel das an einer Zylinderwand haftende Schmieröl abgestreift und aus einem Brennraumbereich in Richtung des Kurbelraumes der Brennkraftmaschine mit Hilfe von Ölrücklaufbohrungen transportiert. Eine solche Ölrücklaufbohrung wird bekanntlich innerhalb der Ringnut für den Ölabstreifring angeordnet. Bei der Anbringung der Ölrücklaufbohrung wird sowohl eine Oberflanke als auch eine Unterflanke der Ringnut angeschnitten, so dass an der Stelle der Ölrücklaufbohrung zwei gegenüberliegenden Nuten an den jeweiligen Ober- und Unterflanken zustande kommen, die im Betrieb einer Brennkraftmaschine zu einem erhöhten Ölverbrauch führen.
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Bei einer abgestellten Brennkraftmaschine liegt sehr oft in mindestens einem Brennraum, in dem sich sowohl die Einlass- als auch die Auslassventile in einer Schließstellung befinden, ein Unterdruck vor. Ein solcher Unterdruck führt bei einer unvorteilhaften Positionierung des Ölabstreifrings zu einer Ansaugung von Schmieröl in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Eine solche Ansammlung von Schmieröl im Brennraum führt zur erhöhten Abgasemissionsbildung und zur Bildung von Blaurauch.
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Insbesondere kommt es bei Motoren mit liegenden Zylindern, beispielsweise bei Boxermotoren, nach einem Motorstop zu einer Ölansammlung im tiefsten Punkt des liegenden Ringfeldes bzw. im tiefsten Ringbereich des Kolbens. Ein Druckunterschied zwischen dem Brennraum und dem Kurbelraum führt dazu, dass das am tiefsten Punkt des Kolbens vorhandene Schmieröl in den Brennraum hinein gelangt. Bei einem anschließenden Motorstart nimmt dieses Öl an der Verbrennung teil und verursacht somit erhöhte Abgasemissionen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Brennkraftmaschine einen Kolben mit verbesserter Ausgestaltung anzugeben, mit dem sowohl die Bildung von Blaurauch als auch ein erhöhter Ölverbrauch verhindert werden.
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Der erfindungsgemäße Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass an einer Nutflanke einer Ringnut eine Belüftungsnut vorgesehen ist, die sich vom Kolbenringsteg bis in einen Bereich des Nutgrundes erstreckt. Vorzugsweise ist die Belüftungsnut an einer oberen Nutflanke der Kolbenringnut positioniert, die zur Aufnahme eines Ölabstreifringes vorgesehen ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit der an der oberen Nutflanke ausgebildeten Belüftungsnut ein Druckausgleichkanal gebildet, mit dem zwischen einem Brennraum und einem Kurbelraum der Brennkraftmaschine, insbesondere bei abgestellter Brennkraftmaschine, ein Druckausgleich erzielt wird. Durch den erzielten Druckausgleich wird das Gelangen von Schmieröl in den Brennraum nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine verhindert.
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Die Positionierung der Belüftungsnut ist derart zu wählen, dass diese nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine rasch von Schmieröl frei wird. Die Belüftungsnut ist so dimensioniert, dass diese derart groß genug ist, dass bei einem abgestellten Motor Schmieröl an der Belüftungsnut in Folge von Kapillarwirkung nicht haftend bleibt und derart klein ist, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine kein erhöhter Ölverbrauch verursacht wird. Daher darf die Tiefe der Belüftungsnut bzw. deren Querschnitt nicht weniger als 0,1 mm betragen, um eine Entölung dieser Belüftungsnut zu gewährleisten. Bei einer kleineren Dimensionierung eines solchen Druckausgleichkanals wird das im Bereich der Belüftungsnut vorhandene Öl nicht abtropfen, so dass der Druckausgleichkanal verschlossen bleibt. Demnach wird durch die vorgesehene Belüftungsnut ein Druckausgleich zwischen dem Brennraum und dem Kurbelraum gewährleistet.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist innerhalb der Ringnut eine Ölrücklaufbohrung vorgesehen, die von der Belüftungsnut versetzt positioniert ist. Vorzugsweise ist die Ölrücklaufbohrung an der unteren Nutflanke der Ringnut für den Ölabstreifring angeordnet. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird bei der Anbringung der Ölrücklaufbohrung innerhalb der Ringnut für den Ölabstreifring die untere Nutflanke angeschnitten, so dass eine Ölrücklaufnut innerhalb der unteren Nutflanke liegt. Erfindungsgemäß ist die Belüftungsnut von der Ölrücklaufbohrung versetzt positioniert. Insbesondere sind innerhalb der Ringnut für den Ölabstreifring mehrere Ölrücklaufbohrungen vorgesehen, um beispielsweise bei hohen Drehzahlen einen effektiven Rücklauf des Öls zu bewirken.
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Demnach sind innerhalb der Ringnut für den Ölabstreifring die Belüftungsnut und mindestens eine mit der Ölrücklaufbohrung ausgebildeten Ölrücklaufnut angeordnet, die nicht gegenüberliegend bzw. versetzt voneinander positioniert sind. Folglich wird die Bildung von Blaurauch verhindert und gleichzeitig der Ölverbrauch minimiert.
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Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Belüftungsnut eine bogenförmige, dreieckige oder viereckige Kontur auf. Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann die Belüftungsnut jede beliebige Form, beispielsweise ellipsenförmig, aufweisen, mit der ein Druckausgleich zwischen Brennraum und Kurbelraum erzielt werden kann.
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Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Belüftungsnut vom Kolbenringsteg bis in einen Bereich des Nutgrundes einen schrägen Verlauf auf. Durch den schräg ausgebildeten Verlauf der Belüftungsnut innerhalb der Nutflanke der Ringnut des Ölabstreifrings wird eine beschleunigte Entölung der Belüftungsnut erzielt, so dass die Belüftungsnut als Druckausgleichkanal unmittelbar nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine dienen kann.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Belüftungsnut in einer Kolbenumfangshälfte angeordnet, die sich in Einbauposition des Kolben innerhalb der Brennkraftmaschine oben befindet. Vorzugsweise sind in dieser Kolbenumfangshälfte die Einlassventile der Brennkraftmaschine vorgesehen.
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Die obere Kolbenumfangshälfte ist derart in der Brennkraftmaschine positioniert, dass sich das Schmieröl nach Abstellen der Brennkraftmaschine von dieser Kolbenumfangshälfte zu der gegenüberliegenden Kolbenumfangshälfte verschiebt bzw. dorthin abtropft. Durch die Positionierung der Belüftungsnut in der oberen Kolbenumfangshälfte wird ein schneller Druckausgleich gewährleistet. Daher wird ein Gelangen des Schmieröls in Folge eines im Brennraum herrschenden Unterdrucks verhindert.
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Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht ist. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine,
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2 eine Ansicht einer Brennkraftmaschine der Boxerbauart mit sechs Zylindern,
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3 eine schematische Ansicht eines Kolbens der Brennkraftmaschine aus 2, bei dem eine Belüftungsnut und eine Ölrücklaufnut vorgesehen sind,
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4 eine vergrößerte Ansicht der Belüftungsnut aus 3,
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5 eine Draufsicht des Kolbens aus 3 in Einbauposition,
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6 eine Schnittansicht des Kolbens aus 5 gemäß dem Schnitt A-A,
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7 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts B aus 6, und
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8 eine weitere Darstellung des Schnitts A-A aus 5.
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In 1 ist eine Brennkraftmaschine 2 mit einem in einem Zylinder 3 längsveschieblich angeordneten Kolben 1 von beliebiger Bauart schematisch dargestellt. Zwischen dem Kolben 1 und einem Zylinderkopf 5 ist ein Brennraum 4 gebildet, in dem eine Zündkerze 6 vorgesehen ist. Der Brennraum 4 ist mit einem Einlasskanal 7 über ein Einlassventil 8 und mit einem Auslasskanal 9 über ein Auslassventil 8a verbunden. Vorzugsweise ist die Brennkraftmaschine 2 als fremdgezündeter Boxermotor ausgebildet und weist mehrere Zylinder, die in mehreren Zylinderreihen gemäß 2 angeordnet sind. Dennoch ist vorliegende Erfindung auf alle Motoren, auch Dieselmotoren bzw. auf V- und Reihenmotoren übertragbar. Die hier beschriebene Brennkraftmaschine 2 arbeitet nach dem Vier-Takt-Prinzip, wobei sich die vorliegende Erfindung ebenfalls für Zwei-Takt-Brennkraftmaschinen eignet.
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In 2 ist eine Kurbelwelle 20 der Brennkraftmaschine 2 der Boxerbauart dargestellt, mit der mehrere Pleuelstangen 21 verbunden sind. Am Ende der jeweiligen Pleuelstange 21 ist jeweils der Kolben 1 mittels eines Kolbenbolzens 22 verbunden. Hierdurch werden horizontal angeordnete Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 2 gebildet. Die Kolben 1 sind in den Zylindern 3 längsveschieblich angeordnet und stellen eine Trennung zwischen dem Brennraum 4 und einem Kurbelraum 13 dar, in dem die Kurbelwelle 20 positioniert ist.
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Gemäß 3 ist der Kolben 1 mit einem Steg 11 versehen, in dem mehrere Ringnuten 14, 15 und 16 angeordnet sind. Zur Aufnahme eines Ölabstreifrings ist die Ringnut 14 vorgesehen, die eine obere Nutflanke 17, eine untere Nutflanke 18 und einen Nutgrund 19 aufweist. Wie in 4 dargestellt, ist erfindungsgemäß eine Belüftungsnut 10 an der oberen Nutflanke 17 der Ringnut 14 vorgesehen, die sich gemäß 7 vom Steg 11 des Kolbens 1 bis in einen Bereich des Nutgrundes 19 der Ringnut 14 erstreckt.
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Innerhalb der Ringnut 14 ist weiterhin eine Ölrücklaufbohrung 12 vorgesehen ist, die von der Belüftungsnut 10 gemäß 3 versetzt positioniert ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird bei der Anbringung der Ölrücklaufbohrung 12 innerhalb der Ringnut 14 für den Ölabstreifring die untere Nutflanke 18 angeschnitten, so dass eine Ölrücklaufnut 12a innerhalb der Ringnut 14 an der unteren Nutflanke 18 gebildet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Ölrücklaufbohrung 12 auch oder ausschließlich durch den Nutgrund 19 verläuft. Vorzugsweise sind mehrere Ölrücklaufbohrungen 12 innerhalb der Ringnut 14 angeordnet. Somit sind innerhalb der Ringnut 14 die Belüftungsnut 10 und mindestens eine Ölrücklaufnut 12a angeordnet, die gemäß 3 voneinander beabstandet positioniert sind. Demzufolge wird die Bildung von Blaurauch verhindert und gleichzeitig der Ölverbrauch minimiert. Das führt zu einer Verminderung der Abgasemissionen.
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Weiterhin weist der Kolben 1 einen Kolbenkopf 24 und einen Kolbenboden 25 auf. Vorzugsweise sind pro Brennraum 4 jeweils zwei Einlassventile 8 und zwei Auslassventile 8a vorgesehen. Gemäß 5 sind am Kolbenboden 25 zwei Ausnehmungen 26 für die Einlassventile 8 und zwei Ausnehmungen 27 für die Auslassventile 8a vorgesehen. In 5 ist der Kolben 1 in Einbauposition innerhalb des Zylinders 3 dargestellt. Bei der vorliegenden Brennkraftmaschine der Boxerbauart nach 2 sind die Einlassventile oben positioniert. Der Pfeil C in 2 stellt die Richtung oben dar, wobei der Pfeil D die Richtung nach unten zeigt. Erfindungsgemäß ist die Belüftungsnut 10 im Bereich einer oberen Kolbenhälfte 33 gemäß 5 positioniert. In dieser oberen Kolbenhälfte 33 liegt ein höchster Punkt 28 des Kolbens 1. Die Position der Belüftungsnut 10 ist an einem Umfangpunkt E des Kolbens 1 angeordnet, der zum Punkt 28 beabstandet ist. Vom Punkt E ergibt sich zum Kolbenmittelpunkt 30 eine Verbindungslinie 32, wobei zwischen der Verbindungslinie 32 und einer Kolbenbolzenache 31 ein Winkel α vorliegt, der vorzugsweise in einem Bereich von 20° bis 80° oder von 40° bis 70° liegt. In diesem Bereich erfolgt eine Positionierung der Belüftungsnut 10, mit der nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine 2 die Belüftungsnut 10 rasch von Schmieröl frei wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt der Winkel α etwa 60°.
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Nach Abstellen der in 2 gezeigten Brennkraftmaschine 2 kommt es in Folge von Gravitation zu einer Ölansammlung im unteren Ringbereich des Kolbens 1, so dass sich gemäß 5 das Schmieröl am tiefsten Punkt 23 des Kolbens ansammelt. Zwischen dem Brennraum 4 und dem Kurbelraum 13 der Brennkraftmaschine 1 herrscht in Folge der geschlossenen Einlass- und Auslassventile in mindestens einem Brennraum 4 ein Unterdruck im Vergleich zum Druck im Kurbelraum 13. Mit Hilfe der in der oberen Kolbenhälfte 33 vorgesehenen Belüftungsnut 10 kommt es zu einem Druckausgleich zwischen dem Brennraum 4 und dem Kurbelraum 13, so dass ein Gelangen des im tiefsten Punkt 23 des Kolbens 1 angesammelte Öl in den Brennraum 4 verhindert wird.
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Somit dient die in der oberen Nutflanke 7 der Ölabstreifringnut 14 vorgesehene Belüftungsnut 10 als ein Belüftungskanal, mit dem ein Druckausgleich zwischen dem Brennraum 4 und dem Kurbelraum 13 erzielt wird. Ein Öltransport in den Brennraum 4 wird somit verhindert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Dimensionierung der Belüftungsnut 10 bzw. des Belüftungskanals derart gewählt, dass ein Druckausgleich zwischen dem Brennraum 4 und dem Kurbelraum 13 zuverlässig und rasch nach einem Abstellen der Brennkraftmaschine 2 erzielt wird. Dabei darf die Größe der Belüftungsnut 10 nicht zu einem Ölverlust im Betrieb der Brennkraftmaschine führen. Demnach ist die Belüftungsnut 10 so dimensioniert, dass diese derart groß genug ist, dass bei einem abgestellten Motor Schmieröl an der Belüftungsnut 10 in Folge von Kapillarwirkung nicht haftend bleibt und derart klein ist, dass im Betrieb der Brennkraftmaschine 2 kein erhöhter Ölverbrauch verursacht wird. Daher darf die Tiefe t der Belüftungsnut 10 bzw. deren Querschnitt nicht weniger als 0,1 mm betragen. Somit wird eine Entölung der Belüftungsnut 10 gewährleistet. Bei einer kleineren Dimensionierung eines solchen Druckausgleichkanals wird das im Bereich der Belüftungsnut 10 vorhandene Öl nicht abtropfen, so dass der Druckausgleichkanal verschlossen bleibt. Vorzugsweise ist die Tiefe t der Belüftungsnut 10 nicht größer als 0,3 mm. Weiterhin weist die Belüftungsnut 10 beliebige Form, wie eine bogenförmige, dreieckige oder viereckige Kontur 29 auf.
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Die Anbringung der Belüftungsnut 10 kann im Sinne der vorliegenden Erfindung beliebig erfolgen. Vorzugsweise erfolgt eine Ausbildung in Form einer Präzisionsbohrung, wobei eine Ausgestaltung beispielsweise mit Hilfe eines Laserstrahls denkbar ist. Weiter kann die Anbringung der Belüftungsnut 10 in Form einer Fräsung vorgenommen werden.
