DE102017218975A1

DE102017218975A1 - Kolben für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102017218975A1
Application number: DE102017218975.4A
Authority: DE
Inventors: Harald Mergler
Original assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Current assignee: Federal Mogul Nuernberg GmbH
Priority date: 2017-10-24
Filing date: 2017-10-24
Publication date: 2019-04-25

Abstract

Ein Kolben (10) für einen Verbrennungsmotor weist in einer am weitesten vom Kolbenboden entfernten Kolbenringnut (20) im Bereich zumindest einer Schaftwand (12) ein oder zwei radiale Bohrungen (24) auf, denen jeweils eine Aussparung (26) in der unteren Nutflanke (22) zugeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Kolben für einen Verbrennungsmotor.
Insbesondere im Leerlauf und Niedriglastbereich ist es für eine geringe Geräuschemission maßgeblich, den Schmierfilm zwischen Kolbenschaft und Zylinderwand aufrechtzuerhalten.
Stand der Technik
Um dies zu gewährleisten, ist es beispielsweise bekannt, Ölspritzdüsen vorzusehen, die für eine ausreichende Beölung sorgen. Um jedoch den Kraftstoffverbrauch und die Schadstoffemissionen gering zu halten, ist es wünschenswert, derartige Ölpumpen möglichst selten zu betreiben, so dass es erstrebenswert ist, mit anderen Mitteln für eine ausreichende Beölung zwischen Kolbenschaft und Zylinderwand, auch im Leerlauf und Niedriglastbereich, zu sorgen.
Aus der DE 10 2015 006 354 A1 ist es bekannt, über den Umfang verteilt zahlreiche Mulden in der unteren Nutflanke der untersten Kolbenringnut auszubilden, die Bohrungen zugeordnet sind. Weiterer technischer Hintergrund findet sich in der DE 37 06 940 C1 , DE 10 2007 061 124 A1 , DE 33 38 474 A1 , JP 2001/336447 A , JP 4177173 B2 , US 3,521,531 A , EP 1 144 814 B1 und JP H03110159 U .
Darstellung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer möglichst effizienten Ausgestaltung des Kolbens die notwendige Beölung zwischen Kolbenschaft und Zylinderwand zu gewährleisten.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch den im Patentanspruch 1 beschriebenen Kolben.
Demzufolge weist dieser in einer am weitesten vom Kolbenboden entfernten Kolbenringnut, die nachfolgend als unterste Nut bezeichnet wird, im Bereich zumindest einer Schaftwand lediglich ein oder zwei radiale Bohrungen auf, denen jeweils eine Aussparung in der unteren Nutflanke zugeordnet ist. Durch die Ausbildung von lediglich ein oder zwei Bohrungen und der entsprechenden Anzahl von Aussparungen, die auch als Taschen oder Mulden bezeichnet werden können, ist eine kostengünstige Herstellung des Kolbens möglich. Insbesondere sind durch die erfindungsgemäße Maßnahme keine Änderungen an bereits derzeit verwendeten Rohteilen notwendig. In vorteilhafter Weise sind ferner sämtliche Bearbeitungsschritte, die zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Maßnahme erforderlich sind, von der Kolbenaußenseite her möglich. Ferner kann dadurch, dass die Aussparungen gezielt im Bereich der Schaftwände, wo der Kolben bezüglich der Zylinderwand gleitet, ausgebildet sind, das durch den Ölring abgestreifte Öl gezielt zu den Gleitpartnern zugeführt werden.
Bevorzugt sind die jeweiligen Bohrungen und Aussparungen in Umfangsrichtung auf etwa einem Viertel bzw. drei Viertel der in Umfangsrichtung gemessenen Breite der jeweiligen Schaftwand ausgebildet, so dass sie jeweils die Hälfte der zugehörigen Schaftfläche mit Öl versorgen können. Im Fall einer einzigen Bohrung und Aussparung wird bevorzugt, diese etwa mittig bezüglich der Schaftwand anzuordnen. Bei einer Ausgestaltung mit zwei Aussparungen zumindest einer Schaftwand sind diese bevorzugt nicht miteinander verbunden. Die Bohrung kann bezüglich der zugehörigen Aussparung in etwa mittig sein. Bei der Bohrung handelt es sich bevorzugt um eine Stich- oder Sacklochbohrung, die lediglich geringfügig radial innen „hinter“ den Nutengrund reicht, so dass abgestreiftes Öl zu der beschriebenen Aussparung gelangen kann. Ferner kann eine ursprünglich vorhandene Rückdrehung der Schaftoberseite, mit anderen Worten im Bereich unterhalb der Unterflanke der dritten Ringnut, entfallen.
Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kolbens sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Um das sich in den Aussparungen oder Taschen sammelnde Öl insbesondere bei der Kolbenaufwärtsbewegung gezielt zwischen Kolben und Zylinder zuzuführen, ist die am weitesten vom Kolbenboden entfernte Bodenfläche zumindest einer Aussparung zur Kolbenaußenseite geneigt, mit anderen Worten schräg ausgebildet.
Um eine gute Verbindung zwischen der beschriebenen Bohrung und der zugehörigen Aussparung sicherzustellen, wird bevorzugt, dass, im Schnitt gesehen, ein am weitesten vom Kolbenboden entfernter Punkt der beschriebenen Bohrung mit zumindest einer Kante der vorgesehenen Aussparung zumindest weitgehend fluchtet. Im Schnitt gesehen, also in Richtung der Bohrungsachse betrachtet, handelt es sich bei dem beschriebenen untersten Punkt beispielsweise um den unteren Scheitel, der mit der Bodenfläche der Aussparung fluchten kann. Wenn die Aussparung, wie oben beschrieben, geneigt ausgebildet ist, wird bevorzugt, dass die Bohrung in die Schräge der Aussparung mündet.
Eine besonders einfache Herstellung zumindest einer Aussparung ist dadurch möglich, dass diese in der Draufsicht sichelförmig ausgebildet ist. Dies lässt sich mit einem Rundfräser, welcher zur Ausbildung der Schräge entsprechend geneigt werden kann, einfach herstellen.
Im Hinblick auf die radiale Erstreckung zumindest einer Aussparung wird bevorzugt, dass diese kleiner ist als die radiale Erstreckung der unteren Nutflanke. Mit anderen Worten bleibt in Richtung des Nutengrundes eine Auflagefläche für den Ölring, der zwei- oder dreiteilig sein kann, so dass dieser gut abgestützt ist, und sich insbesondere an den Kanten der Taschen oder Aussparungen nicht verfangen kann.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Kolbens; und
2 eine vergrößerte Schnittansicht im Bereich der untersten Kolbenringnut.

Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
Wie in 1 zu erkennen ist, weist der erfindungsgemäße Kolben 10 zwei Schaftwände 12 auf, von denen in 1 nur eine zu erkennen ist. Die Schaftwände 12 sind durch Verbindungswände 14 verbunden, welche die Kolbenbolzen 16 aufnehmen. Der Kolben 10 steht jedoch unterhalb des Ringfeldes 18 lediglich im Bereich der Schaftwände 12 mit der Zylinderwand in Gleitkontakt, so dass insbesondere hier eine ausreichende Beölung sicherzustellen ist.
Hierzu sind bei der gezeigten Ausführungsform im Bereich der unteren Nutflanke 22 der untersten Kolbenringnut 20 zum einen Bohrungen 24 ausgebildet. Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, reicht die jeweilige Bohrung 24 in radialer Richtung nach innen „hinter“ den Nutengrund 26. Die Bohrung kann beispielsweise durch einen Schaftfräser mit einer halbkugelförmigen Spitze ausgebildet werden. Im Falle eines Kolbendurchmessers von etwa 80 mm kann ein derartiger Schaftfräser beispielsweise einen Durchmesser von etwa 2,5 mm aufweisen. Die Bohrung 24 erstreckt sich bei dem gezeigten Beispiel weitgehend radial, und ihre Achse liegt im Wesentlichen auf dem Niveau der unteren Nutflanke 22. Es versteht sich, dass die angegebenen und nachfolgend genannten Maße jeweils von der Größe des Kolbens abhängen.
Wie in den Figuren ferner zu erkennen ist, ist im Bereich jeder Bohrung 24 an der unteren Nutflanke 22 eine Tasche oder Aussparung 28 eingefräst, die beispielsweise einen Krümmungsradius von 30 mm und eine Höhe von 1,4 mm bis 1,6 mm aufweisen kann und sich etwa 1,7 mm in radialer Richtung ausgehend von der Schaftwand 12 erstrecken kann. Die Schräge kann etwa 15° bezüglich einer Senkrechten zur Kolbenachse betragen. Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, ist die Aussparung 28 derart ausgebildet, dass ihr radial inneres Ende in etwa auf dem Niveau der unteren Begrenzung der Bohrung 24 liegt. Der Übergang zu der Bohrung kann in vorteilhafter Weise gerundet ausgeführt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015006354 A1 [0004]
DE 3706940 C1 [0004]
DE 102007061124 A1 [0004]
DE 3338474 A1 [0004]
JP 2001336447 A [0004]
JP 4177173 B2 [0004]
US 3521531 A [0004]
EP 1144814 B1 [0004]
JP H03110159 U [0004]