DE102017007637A1

DE102017007637A1 - Piston for a reciprocating engine, in particular a motor vehicle

Info

Publication number: DE102017007637A1
Application number: DE102017007637.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Behr; Tobias Hanschke; Martin Hartweg; Volker Lagemann; Sabine Landsbeck; Harald Scheib; Sebastian Schiefer; Martin Ströer; Silvia Tomaschko; Stefan Wigger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-08-12
Filing date: 2017-08-12
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kolben (12) für eine Hubkolbenmaschine, mit einem Ringsteg (20), welcher eine Mehrzahl von Ringnuten (22) zum zumindest teilweisen Aufnehmen von jeweiligen Kolbenringen (24) aufweist, mit einem in axialer Richtung (28) des Kolbens (12) unterhalb des Ringstegs (20) angeordneten Kolbenhemd (26), und mit wenigstens einer in axialer Richtung (28) des Kolbens (12) zwischen dem Kolbenhemd (26) und dem Ringsteg (20) angeordneten und zum Aufnehmen von Schmieröl (42) ausgebildeten Ölnut (32), welche in axialer Richtung (28) des Kolbens (12) beidseitig jeweils zumindest teilweise durch jeweilige, abgeschrägte und dadurch in radialer Richtung (30) des Kolbens (12) nach außen voneinander weg verlaufende Wandungen (34, 36) des Kolbens (12) begrenzt ist, wobei die Ölnut (32) eine omniophobe Schicht (38) aufweist.

The invention relates to a piston (12) for a reciprocating piston engine, having a ring web (20) which has a plurality of annular grooves (22) for at least partially receiving respective piston rings (24) with an axial direction (28) of the piston (12). 12) arranged below the annular web (20) piston skirt (26), and arranged with at least one in the axial direction (28) of the piston (12) between the piston skirt (26) and the annular web (20) and for receiving lubricating oil (42). formed oil groove (32) which in the axial direction (28) of the piston (12) on both sides in each case at least partially by respective bevelled and thereby in the radial direction (30) of the piston (12) outwardly away from each other extending walls (34, 36) the piston (12) is limited, wherein the oil groove (32) has an omniophobic layer (38).

Description

Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a piston for a reciprocating piston engine, in particular of a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.

Ein solcher Kolben für eine beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der DE 10 2005 041 908 A1 als bekannt zu entnehmen. Der Kolben weist einen Ringsteg mit einer Mehrzahl von Ringnuten zum zumindest teilweisen Aufnehmen von jeweiligen Kolbenringen auf. Außerdem weist der Kolben ein in axialer Richtung des Kolbens unterhalb des Ringstegs angeordnetes Kolbenhemd und wenigstens eine in axialer Richtung des Kolbens zwischen dem Kolbenhemd und dem Ringsteg angeordnete und zum Aufnehmen von Schmieröl ausgebildete Ölnut auf. Die Ölnut ist dabei in axialer Richtung des Kolbens beidseitig jeweils zumindest teilweise, durch jeweilige Wandungen des Kolbens begrenzt. Die Wandungen sind dabei abgeschrägt und verlaufen dadurch in radialer Richtung des Kolbens nach außen voneinander weg.Such a piston for a trained as an internal combustion engine reciprocating engine, in particular a motor vehicle, for example, is already the DE 10 2005 041 908 A1 to be known as known. The piston has an annular web with a plurality of annular grooves for at least partially receiving respective piston rings. In addition, the piston has a piston skirt arranged in the axial direction of the piston below the annular ridge and at least one oil groove arranged in the axial direction of the piston between the piston skirt and the annular ridge and designed to receive lubricating oil. The oil groove is in each case at least partially bounded on both sides in the axial direction of the piston by respective walls of the piston. The walls are beveled and thereby extend away from each other in the radial direction of the piston to the outside.

Des Weiteren offenbart die GB 2 287 522 A1 einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine.Furthermore, the GB 2 287 522 A1 a piston for a reciprocating engine.

Außerdem ist der DE 10 2007 061 124 A1 ein Kolben als bekannt zu entnehmen, mit einer zum Mindern von Geräuschen und Reibung ausgelegten oberen Phase.In addition, the DE 10 2007 061 124 A1 to take a piston as known, with a designed to reduce noise and friction upper phase.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisierbar ist.Object of the present invention is to develop a piston of the type mentioned in such a way that a particularly efficient operation of the reciprocating engine can be realized.

Diese Aufgabe wird durch einen Kolben mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a piston having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.

Um einen Kolben der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders effizienter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die auch als Nut bezeichnete Ölnut eine omniophobe Schicht aufweist, welche zumindest Schmieröl und andere Flüssigkeiten abweist. Die omniophobe Schicht ist beispielsweise durch eine Oberflächenstrukturierung oder aber durch eine Beschichtung gebildet, mit welcher zumindest ein Wandungsbereich des Kolbens versehen ist. Insbesondere ist die Schicht als superomniophobe Schicht ausgebildet. Die Schicht, insbesondere die Beschichtung, ist beispielsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus PTFE, PE und/oder PI, gebildet. Ferner ist es denkbar, dass die genannte Oberflächenstrukturierung als Mikrostrukturierung ausgebildet ist.In order to develop a piston specified in the preamble of claim 1 type such that a particularly efficient operation of the reciprocating engine can be realized, it is inventively provided that the oil groove also called groove has an omniophobic layer which repels at least lubricating oil and other liquids. The omniophobic layer is formed, for example, by a surface structuring or else by a coating with which at least one wall region of the piston is provided. In particular, the layer is formed as a super-omnophobic layer. The layer, in particular the coating, is formed, for example, from a plastic, in particular from PTFE, PE and / or PI. Furthermore, it is conceivable that said surface structuring is designed as a microstructure.

Der Erfindung liegt dabei insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass der Kolben, insbesondere das Kolbenhemd und/oder der Ringsteg, und eine auch als Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichnete Zylinderwand eines Zylindergehäuses der Hubkolbenmaschine einen tribologischen Kontakt bilden, welcher auch als Tribokontakt bezeichnet wird. Die Zylinderwand begrenzt dabei einen Zylinder, in welchem der Kolben in fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Kolben ist dabei beispielsweise zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt bewegbar und stützt sich auf seinem Weg vom oberen Totpunkt in den unteren Totpunkt und/oder umgekehrt zumindest vorübergehend in radialer Richtung des Kolbens an der Zylinderwand ab, wodurch der genannte Tribokontakt entsteht.In particular, the invention is based on the finding that the piston, in particular the piston skirt and / or the annular web, and a cylinder wall of a cylinder housing of the reciprocating engine, also referred to as a raceway or cylinder bore, form a tribological contact, which is also referred to as a tribocontact. The cylinder wall delimits a cylinder in which the piston is received translationally movable in the finished state of the reciprocating engine. The piston is movable, for example, between a top dead center and a bottom dead center and is supported on its way from top dead center to the bottom dead center and / or vice versa at least temporarily in the radial direction of the piston on the cylinder wall, whereby the said tribocontact arises.

Bei herkömmlichen Hubkolbenmaschinen erfolgt eine Versorgung des genannten Tribokontakts mit Schmieröl durch einen Ölnebel und durch wenigstens eine Kolbenspritze. Dabei wird ein Nebeneffekt der eigentlich zur Kolbenkühlung entwickelten Kolbenspritze genutzt. Um den Kraftstoffverbrauch und somit die CO₂-Emissionen einer solchen, insbesondere als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine gering zu halten, wird die Kolbenspritze zunehmend in weiten Fahrbereichen abgeschaltet, was grundsätzlich zu einer Mangelschmierung des Tribokontakts führen könnte.In conventional reciprocating engines, a supply of said tribo contact with lubricating oil takes place through an oil mist and through at least one piston syringe. In this case, a side effect of the piston syringe actually developed for piston cooling is used. In order to keep the fuel consumption and thus the CO ₂ emissions of such, in particular designed as an internal combustion engine reciprocating engine low, the syringe is increasingly switched off in wide driving ranges, which could in principle lead to a lack of lubrication of the tribocontact.

Um eine solche Mangelschmierung zu vermeiden, ist beispielsweise vorzusehen, das Schmieröl, welches mittels zumindest eines in einer der Ringnuten aufgenommenen Kolbenringe von der Zylinderwand abgestreift wird, bestmöglich für die Schmierung des Tribokontakts zu verwenden. Der wenigstens eine Kolbenring, mittels welchem beispielsweise dann, wenn sich der Kolben aus seinem oberen Totpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt, Schmieröl von der Zylinderwand abgestreift wird, ist insbesondere als Ölabstreifring ausgebildet, welcher beispielsweise in der in axialer Richtung des Kolbens untersten, dem Kolbenhemd zugewandten Ringnut angeordnet ist. Das abgestreifte Schmieröl kommt beispielsweise in die Ölnut und kann dadurch, dass die Ölnut die omniophobe, insbesondere superomniophobe, Schicht aufweist, von der Ölnut besonders gut zwischen dem Kolben, insbesondere das Kolbenhemd, und die Zylinderwand gelangen. Hierdurch kann eine hinreichende Versorgung des Tribokontakts mit Schmieröl gewährleistet werden, insbesondere auch dann, wenn die genannte Kolbenspritze abgeschaltet ist.In order to avoid such a lack of lubrication, for example, provide the lubricating oil, which is stripped by means of at least one received in one of the annular grooves piston rings of the cylinder wall, to use the best possible for the lubrication of the tribocontact. The at least one piston ring, by means of which, for example, when the piston moves from its top dead center to its bottom dead center, lubricating oil is stripped from the cylinder wall, in particular designed as an oil scraper, which, for example, in the bottom of the piston in the axial direction, the piston skirt facing annular groove is arranged. The stripped lubricating oil, for example, comes into the oil groove and, as a result of the fact that the oil groove has the omniophobic, in particular superomniophobic, layer, can get over particularly well between the piston, in particular the piston skirt, and the cylinder wall. In this way, a sufficient supply of the tribocontact can be ensured with lubricating oil, in particular even if said piston syringe is switched off.

Üblicherweise wird eine Mangelschmierung durch Einschalten der Kolbenspritze vermieden, was jedoch Nachteile mit sich bringen kann. Ein erster der Nachteile ist beispielsweise, dass durch das Einschalten der Kolbenspritze eine zusätzliche Förderleistung benötigt wird, welche typischerweise 200 Watt bei Teillast beträgt. Ein weiterer der Nachteile ist, dass der Kolben durch das Einschalten der Kolbenspritze übermäßig stark gekühlt werden kann, wodurch der thermodynamische Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine beeinträchtigt wird. Ein dritter der Nachteile ist beispielsweise, dass einem in dem Zylinder ablaufenden Verbrennungsprozess Wärme entzogen wird, was nachteilhaft für eine Abgasnachbehandlung sein kann. Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Kolbens können die zuvor genannten Nachteile beziehungsweise Probleme vermieden werden, wobei eine besonders vorteilhafte Ölung des Tribokontakts auch bei abgeschalteter Kolbenspritze realisierbar ist. Hierdurch kann die Reibleistung der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden. Außerdem kann ein besonders vorteilhaftes Geräuschverhalten realisiert werden, was auch als NVH-Verhalten (NVH - Noise Vibration Harshness) bezeichnet wird. Außerdem ist es möglich, die Kolbenspritze in besonders großen Fahrbereichen abzuschalten, wodurch die CO₂-Emissionen und ein Ölnebel in dem beispielsweise als Kurbelgehäuse ausgebildeten Zylindergehäuse besonders gering gehalten werden können. Usually, a lack of lubrication is avoided by switching on the syringe, but this can bring disadvantages. A first of the disadvantages is, for example, that by switching on the syringe, an additional delivery capacity is required, which is typically 200 watts at partial load. Another of the disadvantages is that the piston can be excessively cooled by the switching on of the syringe, whereby the thermodynamic efficiency of the reciprocating engine is impaired. A third of the disadvantages is, for example, that heat is removed from a combustion process taking place in the cylinder, which can be disadvantageous for exhaust aftertreatment. By the use of the piston according to the invention, the aforementioned disadvantages or problems can be avoided, with a particularly advantageous Ööl the tribo contact even when the piston syringe is turned off. As a result, the friction of the reciprocating engine can be kept very low. In addition, a particularly advantageous noise behavior can be realized, which is also referred to as NVH (Noise Vibration Harshness) behavior. Moreover, it is possible to switch off the piston syringe in particularly large driving ranges, as a result of which the CO ₂ emissions and an oil mist in the cylinder housing designed, for example, as a crankcase can be kept particularly low.

Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, die die Ölnut begrenzenden, abgeschrägten Wandungen als optimierte Abschrägungen in Richtung des Kolbenhemds und des Ringstegs auszugestalten, wodurch eine hinreichende Menge an Schmieröl zwischen das Kolbenhemd und die Zylinderwand gelangen kann.Further, it is preferably provided to design the tapered wall defining the oil groove as optimized bevels in the direction of the piston skirt and the annular web, whereby a sufficient amount of lubricating oil can pass between the piston skirt and the cylinder wall.

Als weiterhin vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Ölnut in Umfangsrichtung des Kolbens sichelförmig ausgebildet ist und vorzugsweise eine Vertiefung in einer Pleuelschwingebene aufweist. Außerdem ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich die Ölnut in Umfangsrichtung des Kolbens vollständig geschlossen umlaufend erstreckt. Außerdem können Reservoire und/oder Drainagen für überschüssiges Schmieröl vorgesehen.As further advantageous, it has been shown that the oil groove is formed crescent-shaped in the circumferential direction of the piston and preferably has a recess in a Pleuelschwingebene. In addition, it is preferably provided that the oil groove extends in the circumferential direction of the piston completely closed circumferentially. In addition, reservoirs and / or drains may be provided for excess lubricating oil.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.

Die Zeichnung zeigt in:

1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Anordnung eines erfindungsgemäßen Kolbens in einem Zylinder einer Hubkolbenmaschine;
2 jeweils ausschnittsweise schematische Schnittansichten der Anordnung; und
3 eine schematische Seitenansicht des Kolbens.

The drawing shows in:

1 a schematic sectional view of an arrangement of a piston according to the invention in a cylinder of a reciprocating piston engine;
2 each fragmentary schematic sectional views of the arrangement; and
3 a schematic side view of the piston.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.

1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Anordnung 10 eines Kolbens 12 in einem Zylinder 14 einer Hubkolbenmaschine, welche beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet und Teil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug mittels des Antriebsstrangs, insbesondere mittels der als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine, antreibbar. Der Zylinder 14 ist dabei durch ein Zylindergehäuse 16 der Hubkolbenmaschine gebildet, wobei das Zylindergehäuse 16 beispielsweise als Kurbelgehäuse beziehungsweise als Zylinderkurbelgehäuse ausgebildet sein kann. Dabei weist das Zylindergehäuse 16 eine auch als Laufbahn oder Zylinderlaufbahn bezeichnete Zylinderwand 18 auf, durch welche der Zylinder 14 begrenzt ist. In vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ist der Kolben 12 translatorisch bewegbar in dem Zylinder 14 aufgenommen und dadurch zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin- und her bewegbar. Der Kolben 12 weist einen Ringsteg 20 auf, welcher eine Mehrzahl von Ringnuten zum zumindest teilweisen Aufnehmen von jeweiligen Kolbenringen aufweist. Dabei ist in 1 eine der Ringnuten ausschnittsweise erkennbar, wobei diese eine Ringnut mit 22 bezeichnet ist. Ferner ist in 1 ausschnittsweise einer der Kolbenringe erkennbar, wobei der eine Kolbenring mit 24 bezeichnet und beispielsweise als Ölabstreifring ausgebildet ist. 1 shows a detail of a schematic sectional view of an arrangement 10 a piston 12 in a cylinder 14 a reciprocating engine, which is designed for example as an internal combustion engine and is part of a drive train of a motor vehicle. In this case, the motor vehicle by means of the drive train, in particular by means of the internal combustion engine designed as a reciprocating engine, driven. The cylinder 14 is by a cylinder housing 16 the reciprocating engine formed, wherein the cylinder housing 16 may be formed, for example, as a crankcase or as a cylinder crankcase. In this case, the cylinder housing 16 a cylinder wall, also referred to as a track or cylinder bore 18 on, through which the cylinder 14 is limited. In fully manufactured state of the reciprocating engine is the piston 12 translationally movable in the cylinder 14 taken and thereby movable back and forth between a top dead center and a bottom dead center. The piston 12 has a ring land 20 which has a plurality of annular grooves for at least partially receiving respective piston rings. It is in 1 one of the annular grooves can be seen in sections, with an annular groove with 22 is designated. Furthermore, in 1 Partially one of the piston rings recognizable, wherein the one piston ring designated 24 and formed, for example, as an oil scraper ring.

Der Kolben 12 weist ferner ein in axialer Richtung des Kolbens 12 unterhalb des Ringstegs 20 angeordnetes Kolbenhemd 26 auf, wobei in 1 die axiale Richtung des Kolbens durch einen Doppelpfeil 28 veranschaulicht ist. Ferner veranschaulicht in 1 ein Doppelpfeil 30 die radiale Richtung des Kolbens 12. Der Kolben 12 weist ferner eine Ölnut 32 auf, welche auch als Nut bezeichnet wird und eine sich in radialer Richtung des Kolbens 12 nach innen erstreckende Vertiefung zum Aufnehmen von Schmieröl ist.The piston 12 also has an axial direction of the piston 12 below the ring land 20 arranged piston skirt 26 on, in 1 the axial direction of the piston by a double arrow 28 is illustrated. Further illustrated in FIG 1 a double arrow 30 the radial direction of the piston 12 , The piston 12 also has an oil groove 32 on, which is also referred to as a groove and one in the radial direction of the piston 12 inwardly extending recess for receiving lubricating oil.

Die Ölnut 32 ist dabei in axialer Richtung des Kolbens 12 zwischen dem Ringsteg 20 und dem Kolbenhemd 26 angeordnet und in axialer Richtung des Kolbens 12 beidseitig durch jeweilige, abgeschrägte Wandungen 34 und 36 des Kolbens 12 begrenzt. Dadurch, dass die Wandungen 34 und 36 abgeschrägt sind, verlaufen die Wandungen 34 und 36 in radialer Richtung des Kolbens nach außen voneinander weg. Mit anderen Worten verläuft die Wandung 34 in radialer Richtung des Kolbens nach außen und dabei in axialer Richtung des Kolbens zu dem Ringsteg 20 hin, während die Wandung 36 in radialer Richtung des Kolbens 12 nach außen und dabei in axialer Richtung zu dem Kolbenhemd 26 hin verläuft. Die Wandungen 34 und 36 sind somit optimierte Abschrägungen, insbesondere Ringflanken, wodurch beispielsweise Öl, welches zunächst in der Ölnut 32 aufgenommen ist, besonders vorteilhaft von der Ölnut 32 zwischen das Kolbenhemd 26 und die Zylinderwand 18 gelangen kann. Die beispielsweise als obere Ringflanke ausgebildete Wandung 34 begünstigt dabei das sogenannte Bridging, während beispielsweise die als untere Ringflanke ausgebildete Wandung 36 eine sogenannte Kolbenhemdbeölung begünstigt. Unter der Kolbenhemdbeölung ist zu verstehen, dass Schmieröl aus der Ölnut 32 zwischen das Kolbenhemd 26 und die Zylinderwand 18 gelangen kann, um dadurch eine hinreichende Versorgung eines sogenannten Tribokontakts mit Schmieröl zu realisieren. Der genannte Tribokontakt wird beispielsweise durch das Kolbenhemd 26 und die Zylinderwand 18 gebildet, da sich beispielsweise der Kolben 12 auf seinem Weg vom oberen Totpunkt in den unteren Totpunkt und/oder umgekehrt zumindest vorübergehend über das Kolbenhemd 26 in radialer Richtung des Kolbens 12 an der Zylinderwand 18 abstützt. The oil groove 32 is in the axial direction of the piston 12 between the ring bridge 20 and the piston shirt 26 arranged and in the axial direction of the piston 12 on both sides by respective bevelled walls 34 and 36 of the piston 12 limited. Because of the walls 34 and 36 beveled, the walls run 34 and 36 in the radial direction of the piston outwardly away from each other. In other words, the wall runs 34 in the radial direction of the piston to the outside and thereby in the axial direction of the piston to the annular web 20 down while the wall 36 in the radial direction of the piston 12 outward and thereby in the axial direction to the piston skirt 26 goes. The walls 34 and 36 are thus optimized bevels, in particular ring flanks, whereby, for example, oil, which initially in the oil groove 32 is received, particularly advantageous from the oil groove 32 between the piston skirt 26 and the cylinder wall 18 can get. The trained example as upper ring edge wall 34 favors the so-called bridging, while, for example, the wall formed as a lower ring flank 36 a so-called Kolbenhemdbeölung favors. Under the piston skirt oiling is to be understood that lubricating oil from the oil groove 32 between the piston skirt 26 and the cylinder wall 18 can reach, thereby realizing a sufficient supply of a so-called tribocontact with lubricating oil. The said Tribokontakt example, by the piston skirt 26 and the cylinder wall 18 formed, for example, the piston 12 on its way from top dead center to bottom dead center and / or vice versa, at least temporarily via the piston skirt 26 in the radial direction of the piston 12 on the cylinder wall 18 supported.

Um nun einen besonders effizienten und somit wirkungsgradgünstigen und in der Folge kraftstoffverbrauchs- und CO₂-emissionsarmen Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren zu können, weist die Ölnut 32 eine omniophobe, insbesondere eine superomniophobe, Schicht 38 auf, welche beispielsweise durch eine Oberflächenstrukturierung oder aber durch eine Beschichtung gebildet ist, mit welcher beispielsweise ein Wandungsbereich 40 des Kolbens 12 versehen ist. Der Wandungsbereich 40 umfasst beispielsweise zumindest die Wandungen 34 und 36. Mit anderen Worten ist beispielsweise die Beschichtung auf den Wandungsbereich 40 aufgebracht. Durch omniophobe, insbesondere superomniophobe, Schicht 38 kann das zunächst in der Ölnut 32 aufgenommene Schmieröl besonders vorteilhaft von der Ölnut 32 zwischen das Kolbenhemd 26 und die Zylinderwand 18 gelangen, um dadurch den Tribokontakt mit einer besonders großen Menge an Schmieröl versorgen zu können.In order to be able to realize a particularly efficient and thus low-efficiency and consequently fuel consumption and CO ₂ emission-free operation of the reciprocating engine, has the oil groove 32 an omnophobic, especially a superomnophobic, layer 38 on, which is formed for example by a surface structuring or by a coating, with which, for example, a wall area 40 of the piston 12 is provided. The wall area 40 includes, for example, at least the walls 34 and 36 , In other words, for example, the coating is on the wall area 40 applied. By omniophobic, especially superominiophobic, layer 38 Can do that first in the oil groove 32 absorbed lubricating oil particularly advantageous from the oil groove 32 between the piston skirt 26 and the cylinder wall 18 arrive in order to be able to supply the Tribokontakt with a very large amount of lubricating oil.

Aus 2 ist erkennbar, dass zunächst in der Ölnut 32 aufgenommenes und in 2 mit 42 bezeichnetes Öl besonders vorteilhaft aus der Ölnut 32 zwischen das Kolbenhemd 26 und die Zylinderwand 18 gelangen kann. Dabei veranschaulicht in 2 ein Pfeil a beispielsweise eine auf das Öl 42 wirkende Beschleunigung, unter welcher das Öl 42 aus der Ölnut 32 zwischen das Kolbenhemd 26 und die Zylinderwand 18 gelangen kann. Ferner veranschaulicht in 2 ein Pfeil a2 eine Beschleunigung, welche beispielsweise auf das zunächst in der Ölnut 32 aufgenommene Öl 42 wirkt. Unter der durch den Pfeil a2 auf das Öl 42 wirkende Beschleunigung gelangt beispielsweise das Öl 42 zunächst aus der Ölnut 32 gegen den insbesondere als Ölabstreifring ausgebildeten Kolbenring 24 und dann besonders gut an die Zylinderwand 18, wodurch der genannte Tribokontakt mit einer hinreichenden Menge an Schmieröl versorgt werden kann.Out 2 is recognizable that first in the oil groove 32 recorded and in 2 With 42 designated oil particularly advantageous from the oil groove 32 between the piston skirt 26 and the cylinder wall 18 can get. It illustrates in 2 an arrow a, for example, one on the oil 42 acting acceleration, under which the oil 42 from the oil groove 32 between the piston skirt 26 and the cylinder wall 18 can get. Further illustrated in FIG 2 an arrow a2 an acceleration, which, for example, on the first in the oil groove 32 absorbed oil 42 acts. Under the arrow a2 on the oil 42 Acting acceleration passes, for example, the oil 42 first out of the oil groove 32 against the piston ring, in particular designed as an oil scraper ring 24 and then especially good on the cylinder wall 18 , whereby said tribo contact can be supplied with a sufficient amount of lubricating oil.

Dem Kolben 12, insbesondere dessen Ausgestaltung, liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass zur Sicherstellung, das Schmieröl in ausreichendem Maße aus der Ölnut 32 auf die Zylinderwand 18 durch Fliehkraft geschleudert wird, Oberflächenkräfte in der Ölnut 32 möglichst gering ausfallen sollten. Dies kann vorzugsweise durch eine benetzungsarme oder benetzungsfreie Oberfläche erreicht werden, welche bei dem Kolben 12 durch omniophobe, insbesondere superomniophobe, Schicht 38 gebildet ist. Mit anderen Worten, zur Realisierung einer solchen benetzungsarmen oder benetzungsfreien Oberfläche der Ölnut 32 kann entweder eine Beschichtung oder eine Oberflächenstruktur gewählt werden. Beispielsweise kommen hier Beschichtungen auf PTFE-, PA- oder PI-Basis eventuell mit Silizium-basierten Dotierungen oder Kombinationen derselben zum Einsatz. Als benetzungsfreie Oberflächen kommen beispielsweise bekannte superomniophobe Oberflächenstrukturen in Frage, wobei eine solche Oberflächenstruktur beispielsweise als Säulenstrukturierung und/oder Lotuseffekt ausgebildet sein kann.The piston 12 , In particular its design, is based on the finding that to ensure the lubricating oil sufficiently from the oil groove 32 on the cylinder wall 18 centrifugal force, surface forces in the oil groove 32 should be as low as possible. This can preferably be achieved by a low-wetting or wetting-free surface, which in the piston 12 by omniophobic, especially superominiophobic, layer 38 is formed. In other words, to realize such a low-wetting or wetting-free surface of the oil groove 32 Either a coating or a surface structure can be chosen. For example, coatings based on PTFE, PA or PI may be used with silicon-based dopants or combinations thereof. Suitable wetting-free surfaces are, for example, known super-omniophobic surface structures, such a surface structure being able to be formed, for example, as a pillar structuring and / or a lotus effect.

3 zeigt den Kolben 12 in einer schematischen Seitenansicht. Insbesondere ist es denkbar, dass die Ölnut 32 in Umfangsrichtung des Kolbens 12 sichelförmig ausgebildet ist und dabei beispielsweise wenigstens eine Vertiefung in einer Pleuelschwingebene des Kolbens 12 aufweist. Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass sich die Ölnut 32 in Umfangsrichtung des Kolbens 12 vollständig umlaufend, das heißt vollständig geschlossen erstreckt, sodass beispielsweise die Ölnut 32 in Umfangsrichtung des Kolbens 12 als geschlossener Ring ausgebildet ist. 3 shows the piston 12 in a schematic side view. In particular, it is conceivable that the oil groove 32 in the circumferential direction of the piston 12 crescent-shaped and, for example, at least one recess in a Pleuelschwingebene the piston 12 having. Furthermore, it is preferably provided that the oil groove 32 in the circumferential direction of the piston 12 completely circumferential, that is, fully closed extends, so that, for example, the oil groove 32 in the circumferential direction of the piston 12 is designed as a closed ring.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005041908 A1 [0002]
GB 2287522 A1 [0003]
DE 102007061124 A1 [0004]

Claims

A piston (12) for a reciprocating engine comprising a ring land (20) having a plurality of annular grooves (22) for at least partially receiving respective piston rings (24) with an axial direction (28) of the piston (12) below Ring groove (20) arranged piston skirt (26), and arranged with at least one in the axial direction (28) of the piston (12) between the piston skirt (26) and the annular web (20) and for receiving lubricating oil (42) formed oil groove (32 ), which in the axial direction (28) of the piston (12) on both sides each at least partially by respective, bevelled and thereby in the radial direction (30) of the piston (12) outwardly away from each other walls (34, 36) of the piston (12 ) is limited, characterized in that the oil groove (32) has an omniophobic layer (38).

Piston (12) after Claim 1 , characterized in that the omniophobic layer (38) is formed by a surface structuring.

Piston (12) after Claim 1 , characterized in that the omniophobic layer (38) is formed by a coating with which at least one wall region (42) of the piston (12) is provided.

Piston (12) according to any one of the preceding claims, characterized in that the oil groove (32) in the circumferential direction of the piston (12) is sickle-shaped.

Piston (12) after Claim 4 , characterized in that the oil groove (22) has at least one recess in a Pleuelschwingebene.