DE102010006408A1 - Piston for an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kolben (4) für einen Verbrennungsmotor (2), der einen Schaft (6) mit einer Gleitfläche (8) aufweist, welche im Verbrennungsmotor (2) mit einer Zylinderlauffläche (10) in gleitendem Kontakt steht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus dass die Gleitfläche (8) des Schafts (6) eine glatte Oberfläche mit einer Rautiefe Rz unterhalb 2 μm aufweist.The invention relates to a piston (4) for an internal combustion engine (2) which has a shaft (6) with a sliding surface (8) which in the internal combustion engine (2) is in sliding contact with a cylinder running surface (10). The invention is characterized in that the sliding surface (8) of the shaft (6) has a smooth surface with a roughness depth Rz below 2 μm.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor nach Patentanspruch 1 sowie einen Verbrennungsmotor mit einem Kolben nach Patentanspruch 8.The invention relates to a piston for an internal combustion engine according to claim 1 and an internal combustion engine with a piston according to claim 8.
Bei modernen Hubkolbenmotoren ist die Reibung zwischen dem sich auf- und abbewegenden Kolben und dem ihn umgebenden Kurbelgehäuse ein wesentlicher Faktor, der den Treibstoffverbrauch des Motors beeinflusst. Insbesondere in die Oberflächentechnik der so genannten Zylinderlaufflächen wurde bereits in vergangener Zeit ein sehr hohes Maß an innovativer Fertigungstechnik gesteckt. Dabei weisen die Oberflächen der Zylinderlauffläche mikroskopisch kleine Schmierstofftaschen auf, die dafür sorgen, dass zwischen dem Kolben und der Zylinderlauffläche stets genügend Schmierstoff zur Verfügung steht. Der bewegte Kolben hingegen wird in der Regel drehend bearbeitet, wodurch Drehriefen an der Oberfläche eines Kolbenschaftes entstehen. Die Drehrillen verlaufen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Kolbens und dienen ebenfalls nach herrschender Meinung zum Transport des Öles. Ferner wird bei einem neuen Motor auf den Kolbenschaft eine so genannte Einlaufschicht aufgebracht, die als so genannter Fressschutz dient, damit sich der Kolben und die Zylinderlauffläche während der ersten Kolbenbewegung nicht miteinander verkanten (fressen).In modern reciprocating engines, the friction between the piston moving up and down and the crankcase surrounding it is an important factor influencing the fuel consumption of the engine. Particularly in the surface technology of the so-called cylinder running surfaces, a very high degree of innovative production technology has already been used in the past. In this case, the surfaces of the cylinder surface on microscopic lubricant pockets, which ensure that between the piston and the cylinder surface always enough lubricant is available. The moving piston, on the other hand, is usually machined in a rotating manner, resulting in turning depths on the surface of a piston skirt. The rotating grooves are perpendicular to the direction of movement of the piston and are also used in the prevailing opinion to transport the oil. Furthermore, in a new engine, a so-called intake layer is applied to the piston skirt, serving as a so-called scuff protection, so that the piston and the cylinder surface do not jam together during the first piston movement.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hubkolbenmotor bereit zu stellen, der gegenüber der Standardtechnik ein verbessertes tribologisches Zusammenwirken zwischen bewegtem Kolben und Zylinderlauffläche aufweist.The object of the invention is to provide a reciprocating engine which has an improved tribological interaction between the moving piston and the cylinder running surface compared to the standard technology.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem Kolben nach dem Patentanspruch 1 und in einem Verbrennungsmotor mit einem Kolben nach Patentanspruch 8. Der erfindungsgemäße Kolben für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1 umfasst einen Schaft mit einer Gleitfläche, welche im Verbrennungsmotor mit der Zylinderlauffläche in gleitendem Kontakt steht. Der Kolben zeichnet sich dadurch aus, dass die Gleitfläche des Schaftes eine glatte Oberfläche aufweist und die Oberfläche eine Rautiefe von weniger als 2 μm aufweist.The solution of the problem consists in a piston according to claim 1 and in an internal combustion engine with a piston according to claim 8. The piston according to the invention for an internal combustion engine according to claim 1 comprises a shaft with a sliding surface which is in sliding contact with the cylinder surface in the internal combustion engine. The piston is characterized in that the sliding surface of the shaft has a smooth surface and the surface has a surface roughness of less than 2 microns.
Dabei ist die Rautiefe Rz so definiert, dass sie die Summe aus der Höhe der größten Profilspitze und der Tiefe des größten Profiltales innerhalb einer Messstrecke darstellt.The roughness depth Rz is defined such that it represents the sum of the height of the largest profile peak and the depth of the largest profile valley within a measuring section.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass Gleitflächen von Kolben, die üblicherweise eine Rautiefe von mehr als 10 μm aufweisen und im Neuzustand mit einer speziellen Oberflächenbeschichtung versehen sind, die sich auf der Oberfläche des Kolbenschaftes befindet bis der Kolben in der Zylinderbohrung eingelaufen ist, um ein Fressen des Motors im Einlaufzustand zu vermeiden, tribologisch nicht optimal mit einer Zylinderlauffläche zusammenwirken. Die erfindungsgemäße glatte Oberfläche mit einer Rautiefe von weniger als 2 μm unterschreitet noch die Oberflächenrauheit dieser Einlaufschicht und erweist sich auch im eingelaufenen Betrieb des Motors als sehr zweckmäßig und reibungsminimiert. Durch die geringere auftretende Reibung zwischen der Gleitfläche des Kolbens und der Zylinderlauffläche liegt eine tribologische Optimierung vor, die dazu beiträgt, den Treibstoffverbrauch des Motors zu senken und somit Kohlendioxidausstoß während des Motorbetriebes zu reduzieren.It has surprisingly been found that sliding surfaces of pistons, which usually have a surface roughness of more than 10 microns and are provided in new condition with a special surface coating, which is located on the surface of the piston skirt until the piston is run in the cylinder bore to a Avoid seizing the engine in the running state, tribologically not optimally interact with a cylinder surface. The smooth surface according to the invention with a surface roughness of less than 2 microns is still below the surface roughness of this inlet layer and also proves to be very useful and minimized friction in the run-in operation of the engine. Due to the lower occurring friction between the sliding surface of the piston and the cylinder surface is a tribological optimization, which helps to reduce the fuel consumption of the engine and thus to reduce carbon dioxide emissions during engine operation.
Herkömmliche Gleitflächen von Kolben weisen regelmäßige Drehrillen oder Fräsnuten auf. Nach Ansicht von Fachleuten dienen diese Drehrillen oder Fräsnuten auch dazu, Schmierstoffe entlang des Kolbenschaftes zu transportieren und besser zu verteilen. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass die glatte Oberfläche mit einer Rautiefe von weniger als 2 μm, die ferner keine Drehrillen oder Fräsnuten aufweisen, tribologisch vorteilhaft ist gegenüber herkömmlichen drehend bearbeiteten Kolbengleitflächen.Conventional sliding surfaces of pistons have regular turning grooves or milling grooves. According to experts, these rotating grooves or milling grooves also serve to transport lubricants along the piston skirt and to better distribute. It has surprisingly been found that the smooth surface with a roughness depth of less than 2 microns, which also have no rotational grooves or milling grooves, is tribologically advantageous over conventional rotationally machined Kolbengleitflächen.
Es hat sich ferner herausgestellt, dass die Gleitfläche des Schaftes eine Rautiefe von weniger als 1 μm, ganz besonders vorteilhaft weniger als 0,5 μm aufweist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die fertig bearbeitete Gleitfläche keine weitere Beschichtung aufweist. Die glatte Oberfläche mit der geringen Rautiefe ist ausreichend, um beim Einlaufen des Motors eine optimale tribologische Paarung mit der Zylinderlauffläche darzustellen.It has also been found that the sliding surface of the shaft has a surface roughness of less than 1 .mu.m, most preferably less than 0.5 microns. Furthermore, it is advantageous if the finished sliding surface has no further coating. The smooth surface with the small roughness is sufficient to represent an optimal tribological pairing with the cylinder surface when the engine is running.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung ist die Gleitfläche des Kolbens poliert. Alternativ dazu hatte sich herausgestellt, dass eine fein gedrehte Gleitfläche mit einer Rautiefe von weniger als 2 μm ebenfalls tribologisch vorteilhaft ist.In a further preferred embodiment of the invention, the sliding surface of the piston is polished. Alternatively, it had been found that a finely turned sliding surface with a surface roughness of less than 2 microns is also tribologically advantageous.
Die glatte Gleitfläche kann gegebenenfalls speziell nachbearbeitet sein. Dabei weist sie in einer vorteilhaften Ausgestaltungsform näpfchenförmige Vertiefungen auf. Diese Vertiefungen können beispielsweise durch Prägestempel oder durch Klopfwerkzeuge eingebracht werden. Ebenso ist ein so genanntes Frisco-Finishing vorteilhaft. Ferner ist eine Bearbeitung mit Laser zweckmäßig.The smooth sliding surface can optionally be specially reworked. In this case, it has cup-shaped depressions in an advantageous embodiment. These recesses can be introduced, for example, by stamping or by knocking tools. Likewise, a so-called Frisco finishing is advantageous. Furthermore, a laser machining is appropriate.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verbrennungsmotor mit einem Kolben gemäß Patentanspruch 8. Der Kolben dieses Verbrennungsmotors weist einen Schaft und eine Zylinderlauffläche auf, wobei der Kolbenschaft und eine Zylinderlauffläche korrespondierende Gleitflächen bilden. Diese korrespondierenden Gleitflächen stehen in gleitendem Kontakt zueinander. Der Verbrennungsmotor zeichnet sich dadurch aus, dass die Gleitfläche des Schaftes eine glatte Oberfläche aufweist und die Gleitfläche der Zylinderlauffläche mikroskopische Rillen oder Riefen aufweisen.Another object of the invention is an internal combustion engine with a piston according to claim 8. The piston of this internal combustion engine has a shaft and a cylinder surface, wherein the piston skirt and a cylinder surface form corresponding sliding surfaces. These corresponding sliding surfaces are in sliding contact with each other. The internal combustion engine is characterized in that the sliding surface of the shaft has a smooth surface and the sliding surface of the cylinder surface have microscopic grooves or grooves.
Eine derartige Reibpaarung zwischen der Gleitfläche des Kolbens mit einer sehr glatten Oberfläche mit einer Rautiefe von bevorzugt weniger als 2 μm und einer Gleitfläche der Zylinderlauffläche mit mikroskopischen Rillen oder Vertiefungen und Riefen, die zur Speicherung von Schmierstoffen (Schmierstofftaschen) dienen, hat sich tribologisch sehr bewährt.Such a friction pairing between the sliding surface of the piston with a very smooth surface with a surface roughness of preferably less than 2 microns and a sliding surface of the cylinder surface with microscopic grooves or recesses and grooves, which are used to store lubricants (lubricant pockets), has proven very tribologically ,
Weitere Ausgestaltungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ferner sind vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Erfindung und weitere Merkmale anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:Further embodiments emerge from the subclaims. Furthermore, advantageous embodiments of the invention and further features are explained in more detail with reference to the following figures. Showing:
Der Kolben
Das Zylinderkurbelgehäuse
Des Weiteren weist der Kolben
In
In
Das Spiel zwischen Kolben
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Verbrennungsmotorinternal combustion engine
- 33
- Zylinderbohrungbore
- 44
- Kolbenpiston
- 66
- Schaftshaft
- 88th
- Gleitfläche SchaftSliding shaft
- 99
- Gleitfläche ZylinderlaufflächeSliding surface Cylinder surface
- 1010
- ZylinderlaufflächeCylinder surface
- 1212
- Drehrillenrotation grooves
- 1414
- Kurbelgehäusecrankcase
- 1616
- Pleuelpleuel
- 1818
- Kurbelwellecrankshaft
- 2020
- Kolbenringpiston ring
- 2222
- Kühlkanälecooling channels
- 2424
- Ventilevalves
- 2626
- Kolbenstiftpiston pin
- 2828
- Unteres PleuelaugeLower connecting rod eye
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201010006408 DE102010006408A1 (en) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Piston for an internal combustion engine |
EP10015459A EP2354510A1 (en) | 2010-02-01 | 2010-12-09 | Piston for a combustion engine |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE201010006408 Withdrawn DE102010006408A1 (en) | 2010-02-01 | 2010-02-01 | Piston for an internal combustion engine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP1479946B1 (en) * | 2003-05-23 | 2012-12-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | Piston for internal combustion engine |
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2010
- 2010-02-01 DE DE201010006408 patent/DE102010006408A1/en not_active Withdrawn
- 2010-12-09 EP EP10015459A patent/EP2354510A1/en not_active Withdrawn
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EP2354510A1 (en) | 2011-08-10 |
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