DE102012111631A1

DE102012111631A1 - Kolbenring für einen Kolben einer Brennkraftmaschine bzw. einen derartigen Kolben

Info

Publication number: DE102012111631A1
Application number: DE201210111631
Authority: DE
Inventors: Joachim Kloss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-05

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolbenring für einen Kolben (8) einer Brennkraftmaschine mit einer Ringoberflanke (26), einer Ringinnenflanke (30), einer Ringaußenflanke (36) und einer Ringunterflanke, wobei die Ringoberflanke (26) in Radialrichtung verlaufende Aussparungen (28) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft Kolbenring für einen Kolben einer Brennkraftmaschine mit einer Ringoberflanke, einer Ringinnenflanke, einer Ringaußenkante und einer Ringunterflanke. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kolben für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Ringnut, in der ein Kolbenring angeordnet ist.
Kolben für Brennkraftmaschinen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Der Kolben ist hierbei in einem Zylinder der Brennkraftmaschine beweglich angebracht und über Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden. Der Zylinder und der Kolben definieren einen Brennraum, in dem ein Brennstoffgemisch verbrannt wird, wodurch während des Verbrennungsprozesses der Kolben und damit die Kurbelwelle in Bewegung gesetzt wird. Des Weiteren weist der Kolben mindestens eine, normalerweise jedoch mehrere Ringnuten auf, in denen jeweils ein Kolbenring angeordnet ist, um den Brennraum gegenüber das Kurbelgehäuse abzudichten. So soll eine optimale Schmierung gewährleistet sein, wobei jedoch vermieden werden soll, dass zu viel Öl durch den Verbrennungsprozess verbrannt wird. Des Weiteren soll durch die Kolbenringe gewährleistet werden, dass der Brennraum vom Kurbelgehäuse möglichst gasdicht getrennt ist. Der sogenannte „Blow-by“-Effekt, bei dem Gas vom Brennraum in das Kurbelgehäuse gelangt, soll also minimiert werden. Um eine derartige Minimierung des „Blow-by“-Effektes vorzusehen, ist es aus der DE 10 2010 031 553 A1 bekannt, die Oberflanke mindestens einer Ringnut des Kolbens mit einer strukturierten Oberfläche zu versehen, die einen Gasaustausch in radialer Richtung ermöglicht. Es sollte deutlich sein, dass das Vorsehen dieser strukturierten Oberfläche am Kolben in fertigungstechnischer Hinsicht sehr aufwendig und damit teuer ist. Zudem ist es möglich, dass der Kolben durch das Einbringen der strukturierten Oberfläche beschädigt wird und damit als Ausschussteil definiert werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, auf fertigungstechnisch einfache Weise und damit kostengünstig die oben genannten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch einen Kolbenring für einen Kolben gelöst, bei dem die Ringoberflanke in Radialrichtung verlaufende Aussparungen aufweist. Hierdurch wird ein Druckaufbau zwischen einem Nutgrund einer Ringnut eines Kolbens und der Ringinnenflanke beschleunigt, wodurch die Abdichtwirkung zwischen der Ringaußenflanke des Kolbenringes und der Innenfläche des Brennraumes dahingehend verbessert wird, dass der „Blow-by“-Effekt deutlich verringert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzen die Aussparungen eine Tiefe von ca. 2%–10% der Höhe der Ringinnenflanke. Die Anzahl und Breite der Aussparungen ist abhängig von der Druckbeaufschlagung des Kolbens zu wählen. Vorzugsweise nimmt die Tiefe der Aussparung in Richtung der Ringinnenflanke zu. Folglich ergibt sich in diese Richtung ein Kanal mit gleichmäßigem Querschnitt aufgrund des kleinwerdenden Radius in Richtung der Ringinnenflanke. Demnach herrscht entlang des gebildeten Kanals ein gleichmäßiger Strömungswiderstand.
Aus strömungstechnischer Sicht ist es vorteilhaft, wenn die Aussparungen zur Ringoberflanke hin abgerundet sind. Auch ist es vorteilhaft, wenn die Aussparungen im Übergang von der Ringinnenflanke zur Ringoberflanke eine Fase aufweisen.
In vorteilhafter Weise sind die Aussparungen durch ein Umformverfahren, wie z.B. Prägen, oder durch ein spanendes Fertigungsverfahren, wie z.B. Fräsen, hergestellt. Die Aufgabe wird des Weiteren durch einen Kolben gelöst, bei dem mindestens in einer Ringnut ein derartiger Kolbenring vorgesehen ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:
1 eine schematische Schnittansicht eines Zylinders einer Verbrennungskraftmaschine,
2 eine Perspektivansicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Kolbenringes, und
3 eine Detailansicht einer ersten Ringnut eines Kolbens aus 1.
1 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Zylinder 2 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschine. Der Zylinder 2 weist auf bekannte Weise Ein- und Auslassventile 4, 6 auf. Des Weiteren ist im Zylinder 2 ein Kolben 8 vorgesehen, der eine erste Ringnut 10 und eine zweite Ringnut 12 besitzt. In der ersten Ringnut 10 ist ein erster Kolbenring 14 und in der zweiten Ringnut 12 ein zweiter Kolbenring 16 angeordnet. Durch den Kolben 8 und die zugehörigen Kolbenringe 14, 16 ist ein Brennraum 18 gegenüber einem Kurbelgehäuse 20 abgedichtet. Der Kolben 8 ist darüber hinaus noch auf bekannte Weise über ein Pleuel 22 mit einer Kurbelwelle 24 verbunden.
Um nun einen „Blow-by“-Effekt weitestgehend zu minimieren, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Kolbenring 14, wie in den 2 und 3 näher erläutert wird, ausgestaltet.
2 zeigt in einer Perspektivansicht einen Teil des erfindungsgemäßen Kolbenringes 14. Eine Ringoberflanke 26 weist eine Anzahl von Aussparungen 28 auf, die gleichmäßig über den Umfang des Kolbenringes 14 verteilt sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Tiefe einer Aussparung 28 in etwa 0,05 mm bei einer Gesamthöhe einer Ringinnenflanke 30 von 1 mm. Des Weiteren sind die Aussparungen 28 zur Ringoberflanke 26 hin abgerundet. Die Aussparungen 28 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Prägen hergestellt. Sie können jedoch auch beispielsweise durch Fräsen oder Schleifen hergestellt werden. Vorzugsweise nimmt die Tiefe der Aussparung 28 in Richtung der Ringinnenflanke 30 zu, um in diese Richtung einen Kanal mit gleichmäßigem Querschnitt aufgrund des kleinwerdenden Radius in Richtung der Ringinnenflanke 30 derart zu realisieren, dass sich entlang des gebildeten Kanals ein gleichmäßiger Strömungswiderstand ergibt.
3 zeigt nun die erste Ringnut 10 mit dem ersten Kolbenring 14 in einer Schnittansicht im Detail. In bestimmten Drucksituationen der Brennkraftmaschine gelangt „Blow-by“-Gas (dargestellt durch Pfeile) in den abzudichtenden Spalt zwischen dem Kolben 8 und einer Innenfläche 32 des Zylinders 2. Über die Aussparung 28 gelangt das „Blow-by“-Gas in die erste Ringnut 10 des Kolbens 8, wodurch ein Druck zwischen einem Nutgrund 34 und der Ringinnenflanke 30 aufgebaut wird, so dass der Kolbenring 14 mit seiner Außenflanke 36 gegen die Innenfläche 32 der Brennkammer gedrückt wird. Deutlich zu erkennen ist hier auch eine Fase 38 im Übergang von der Ringinnenflanke 30 zur Ringoberflanke 26.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010031553 A1 [0002]

Claims

Kolbenring für einen Kolben (8) einer Brennkraftmaschine mit einer Ringoberflanke (26), einer Ringinnenflanke (30), einer Ringaußenflanke (36) und einer Ringunterflanke, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringoberflanke (26) in Radialrichtung verlaufende Aussparungen (28) aufweist.
Kolbenring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (28) eine Tiefe von ca. 2%–10% der Höhe der Ringinnenflanke (30) besitzt.
Kolbenring nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Aussparung (28) in Richtung der Ringinnenflanke (30) zunimmt.
Kolbenring nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (28) zur Ringoberflanke (26) hin abgerundet sind.
Kolbenring nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (28) im Übergang von der Ringinnenflanke (30) zur Ringoberflanke (26) eine Fase (38) aufweisen.
Kolbenring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (28) durch ein Umformverfahren, wie z.B. Prägen, oder durch ein spanendes Fertigungsverfahren, wie z.B. Fräsen, hergestellt sind.
Kolben für eine Brennkraftmaschine mit mindestens einer Ringnut (10, 12), in der ein Kolbenring (14, 16) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in einer Ringnut (10) ein Kolbenring (14) nach einem der Ansprüche 1–5 vorgesehen ist.