DE102009059657A1

DE102009059657A1 - Kolben-Kolbenring-Anordnung

Info

Publication number: DE102009059657A1
Application number: DE102009059657A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr. 73732 Bischofberger
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2009-12-19
Filing date: 2009-12-19
Publication date: 2011-06-22
Also published as: US8701618B2; JP2011127609A; JP5954930B2; US20110155092A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Kolbenring-Anordnung (12) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolben (13), der mit mindestens einem in einer Ringnut (21a) aufgenommenen, einen Ringspalt (26) aufweisenden Kolbenring (22a) versehen ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zwischen dem Nutgrund (24) der Ringnut (21a) und dem Kolbenring (22a) ein Federelement (25) angeordnet ist, das den Ringspalt (26) des Kolbenrings (22a) ausfüllt. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Baueinheit (10) aus einer derartigen Kolben-Kolbenring-Anordnung (12) und eines Zylinders oder einer Zylinderbuchse (11) eines Verbrennungsmotors.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolben-Kolbenring-Anordnung für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolben, der mit mindestens einem in einer Ringnut aufgenommenen, einen Ringspalt aufweisenden Kolbenring versehen ist, Die vorliegende Erfindung betrifft ferner Baueinheit aus einer Kolben-Kolbenring-Anordnung und eines Zylinders oder einer Zylinderbuchse eines Verbrennungsmotors.
Derartige Kolben-Kolbenring-Anordnungen sind bspw. aus der EP 0 059 233 A1 , aus der DE 102 34 528 A1 und aus der FR 1 178 629 bekannt. Eine wesentliche Aufgabe des Kolbenrings bzw. der Kolbenringe besteht darin, im Betrieb den Zylinderraum in Richtung des Kurbelgehäuses gegen die bei der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum entstehenden Verbrennungsgase abzudichten. Ferner soll verhindert werden, dass Schmieröl oder Öldämpfe in den Brennraum übertreten können.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kolben-Kolbenring-Anordnung bereitzustellen, die auf möglichst einfache Weise eine zuverlässige Abdichtung zwischen dem Brennraum und dem Zylinderraum bewirkt.
Die Lösung besteht darin, dass zwischen dem Nutgrund der Ringnut und dem Kolbenring ein Federelement angeordnet ist, das den Ringspalt des Kolbenrings ausfüllt. Die erfindungsgemäße Baueinheit zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Nutgrund der Ringnut und dem Kolbenring ein Federelement angeordnet ist, das den Ringspalt des Kolbenrings ausfüllt, derart, dass die Mantelfläche des Kolbenrings an einer Lauffläche des Zylinders oder der Zylinderbuchse dicht anliegt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht es in besonders einfacher Weise, eine sehr gute Abdichtung des Zylinderraums gegenüber dem Brennraum im Verlauf eines Arbeitstakts zu erzielen, indem eine gleichmäßige Druckverteilung über den gesamten Umfang des Kolbenrings erzielt wird. Die erfindungsgemäße Kolben-Kolbenring-Anordnung erlaubt es somit, mit besonders einfachen Maßnahmen eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zu erreichen. Damit geht eine erhöhte Wirtschaftlichkeit bzw. eine deutliche Kostensenkung einher.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass das Federelement in der Ringnut in einem Umfangsbereich von mindestens 180° angeordnet ist, so dass das Federelement in der Ringnut sicher gehalten ist. Für eine besonders einfache Montage ist es zweckmäßig, dass das Federelement in der Ringnut keinen Vollring beschreibt, sondern zumindest einen Ringstoß aufweist, bevorzugt sich jedoch über einen Umfangsbereich von etwa 270° erstreckt.
Vorteilhafterweise weisen das Federelement und der Kolbenring die gleiche axiale Höhe auf, um eine besonders gleichmäßige Druckverteilung zu erzielen. Insbesondere hierfür ist es besonders zweckmäßig, wenn das Federelement als Blattfeder ausgebildet ist.
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung besteht darin, dass das Federelement eine den Ringspalt des Kolbenrings ausfüllende Erhebung bildet, da ein derartiges Federelement besonders einfach herzustellen ist. Vorteilhafterweise sind Außenfläche der Erhebung und die Mantelfläche des Kolbenrings bündig zueinander angeordnet, so dass in der erfindungsgemäßen Baueinheit die Außenfläche der Erhebung an der Lauffläche des Zylinders oder der Zylinderbuchse dicht anliegt. Damit wird eine besonders umfassende Dichtwirkung erzielt.
Vorzugsweise weist die Erhebung konvergierende, mit einem Steg verbundene Schrägen und der Kolbenring zu den Schrägen korrespondierende Schrägflächen auf, so dass der Kolbenring und das Federelement satt aneinander liegen und zur umfassenden Dichtwirkung beitragen.
Die Erfindung ist für alle Kolbentypen und Kolbenmaterialien (bspw. Leichtmetallkolben, Stahlkolben, ein- oder mehrteilige Kolben, gegossene Kolben, geschmiedete Kolben etc.) sowie für alle Kolbenringformen und Kolbenringmaterialien anwendbar.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in einer schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung:
1 eine Gesamtdarstellung einer erfindungsgemäßen Baueinheit mit einer erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringanordnung;
2 eine vergrößerte Teildarstellung der erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringanordnung aus 1;
3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in 1;
4 eine vergrößerte Teildarstellung der erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringanordnung aus 3;
5 eine Frontdarstellung der erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenringanordnung aus 3 in Richtung des Pfeils A in 3;
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Baueinheit 10 aus einem Zylinderbuchse 11 und einer erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenring-Anordnung 12. Statt der Zylinderbuchse 11 kann auch ein Zylinder vorgesehen sein. Da die Erfindung für alle Kolbentypen und Kolbenmaterialien sowie für alle Kolbenringformen und Kolbenringmaterialien anwendbar ist, werden im Folgenden beispielhaft nur ein Kolbentyp sowie nur eine Bauart eines Kolbenrings zur Beschreibung der vorliegenden Erfindung herangezogen.
Die erfindungsgemäße Kolben-Kolbenringanordnung 12 weist im Ausführungsbeispiel einen Kolben 13 in Form eines zweiteiligen geschweißten Kastenkolbens auf, dessen Aufbau an sich bekannt ist. Der Kolben 13 weist ein Kolbenoberteil 14 mit einem umlaufenden Feuersteg 15 und einer umlaufenden Ringpartie 16 sowie ein Kolbenunterteil 17 mit gegenüber der Ringpartie 16 zurückgesetzten Kolbennaben 18 mit Nabenbohrungen 19 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (nicht dargestellt) auf. Die Ringpartie 16 setzt sich zusammen aus drei Ringnuten 21a, 21b, 21c, in denen Kolbenringe 22a, 22b, 22c aufgenommen sind. Im montierten Zustand ist der Kolben 13 in der Zylinderbuchse 11 eines Verbrennungsmotors aufgenommen. Die Lauffläche 23 der Zylinderbuchse 11 und die Mantelflächen der Kolbenringe 22a, 22b, 22c stehen im Motorbetrieb in an sich bekannter Weise miteinander in tribologischem Kontakt.
2 zeigt in einer vergrößerten Teildarstellung die erfindungsgemäße Kolben-Kolbenring-Anordnung 12 für die erfindungsgemäße Baueinheit 10 am Beispiel des Kobenrings 22a, also des ersten Verdichtungsrings. Der Kolbenring 22a ist in an sich bekannter Weise in der Ringnut 21a aufgenommen. Erfindungsgemäß ist zwischen dem Nutgrund 24 der Ringnut 21a und dem Kolbenring 22a ein Federelement 25 angeordnet. Das Federelement 25 und der Kolbenring 22a weisen im Ausführungsbeispiel die gleiche axiale Höhe h auf. Im Ausführungsbeispiel steht das Federelement 25 mit der Lauffläche 23 der Zylinderbuchse 11 in tribologischem Kontakt.
Die 3 bis 5 zeigen im Detail den Aufbau der erfindungsgemäßen Kolben-Kolbenring-Anordnung 12 für die erfindungsgemäße Baueinheit 10 gemäß 1. Der Kolbenring 22a weist in an sich bekannter Weise einen Ringspalt 26 auf. Im Ausführungsbeispiel sind die den Ringspalt 26 begrenzenden freien Enden des Kolbenrings 22a als Schrägflächen 27 ausgebildet. Das Federelement 25 ist im Ausführungsbeispiel als eine Blattfeder aus Stahl ausgebildet und in der Ringnut 21a in einem Umfangsbereich von im Ausführungsbeispiel 270° angeordnet. Das Federelement 25 weist im Ausführungsbeispiel eine Erhebung 28 auf, die den Ringspalt 26 des Kolbenrings 22a ausfüllt. Die Die Außenfläche 29 der Erhebung 28 und die Mantelfläche 31 des Kolbenrings 22a sind im Ausführungsbeispiel bündig zueinander angeordnet, so dass im montierten Zustand der Baueinheit 10 die Außenfläche 29 der Erhebung 28 dicht an der Lauffläche 23 der Zylinderbuchse 11 anliegt und mit der Lauffläche 23 in tribologischem Kontakt steht. Zu diesem Zweck weisen die Lauffläche 23 der Zylinderbuchse 11 und die Außenfläche 29 der Erhebung 28 die gleiche Krümmung auf. Die Erhebung 28 ist im Ausführungsbeispiel aus konvergierenden, durch einen Steg 32 verbundenen Schrägen 33 gebildet. Die Schrägen 33 der Erhebung 28 des Federelements 25 und die Schrägflächen 27 des Kolbenrings 22a korrespondieren miteinander derart, dass der Kolbenring 22a und das Federelement 25 satt aneinander liegen.
Die vorliegende Erfindung bewirkt, dass aufgrund der Vorspannung des Federelements 25 die Mantelfläche 31 des Kolbenrings 22a an der Lauffläche 23 der Zylinderbuchse 11 im Motorbetrieb zuverlässig dicht anliegt. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es daher in besonders einfacher Weise, eine sehr gute Abdichtung des Zylinderraums gegenüber dem Brennraum zu erzielen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0059233 A1 [0002]
DE 10234528 A1 [0002]
FR 1178629 [0002]

Claims

Kolben-Kolbenring-Anordnung (12) für einen Verbrennungsmotor, mit einem Kolben (13), der mit mindestens einem in einer Ringnut (21a) aufgenommenen, einen Ringspalt (26) aufweisenden Kolbenring (22a) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nutgrund (24) der Ringnut (21a) und dem Kolbenring (22a) ein Federelement (25) angeordnet ist, das den Ringspalt (26) des Kolbenrings (22a) ausfüllt.
Kolben-Kolbenring-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) in der Ringnut (21a) in einem Umfangsbereich von mindestens 180° angeordnet ist.
Kolben-Kolbenring-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) und der Kolbenring (22a) die gleiche axiale Höhe (h) aufweisen.
Kolben-Kolbenring-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) als Blattfeder ausgebildet ist.
Kolben-Kolbenring-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) eine den Ringspalt (26) des Kolbenrings (22a) ausfüllende Erhebung (28) bildet.
Kolben-Kolbenring-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (29) der Erhebung (28) und die Mantelfläche (31) des Kolbenrings (22a) bündig zueinander angeordnet sind.
Kolben-Kolbenring-Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (28) konvergierende, durch einen Steg (32) verbundene Schrägen (33) und der Kolbenring (22a) zu den Schrägen (33) korrespondierende Schrägflächen (27) aufweist.
Baueinheit (10) aus einer Kolben-Kolbenring-Anordnung (12) und eines Zylinders oder einer Zylinderbuchse (11) eines Verbrennungsmotors, mit einem Kolben (13), der mit mindestens einem in einer Ringnut (21a) aufgenommenen, einen Ringspalt (26) aufweisenden Kolbenring (22a) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Nutgrund (24) der Ringnut (21a) und dem Kolbenring (22a) ein Federelement (25) angeordnet ist, das den Ringspalt (26) des Kolbenrings (22a) ausfüllt, derart, dass die Mantelfläche (31) des Kolbenrings an einer Lauffläche (23) des Zylinders oder der Zylinderbuchse (11) dicht anliegt.
Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) in der Ringnut (21a) in einem Umfangsbereich von mindestens 180° angeordnet ist.
Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) und der Kolbenring (22a) die gleiche axiale Höhe (h) aufweisen.
Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) als Blattfeder ausgebildet ist.
Baueinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (25) eine den Ringspalt (26) des Kolbenrings (22a) ausfüllende Erhebung (26) bildet.
Baueinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche (29) der Erhebung (28) und die Mantelfläche (31) des Kolbenrings (22a) bündig zueinander angeordnet sind, derart, dass die Außenfläche (29) der Erhebung (28) an der Lauffläche (23) des Zylinders oder der Zylinderbuchse (11) dicht anliegt.
Baueinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (28) konvergierende, mit einem Steg (32) verbundene Schrägen (33) und der Kolbenring (22a) zu den Schrägen (33) korrespondierende Schrägflächen (27) aufweist.