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Die Erfindung betrifft eine Anordnung wenigstens eines Kolbenrings an einem Kolben für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Anordnung wenigstens eines Kolbenrings an einem Kolben für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 10 2012 221 858 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei der Anordnung ist der Kolbenring in einer korrespondierenden Kolbenringnut des Kolbens angeordnet. Insbesondere ist der Kolbenring derart in der einfach auch als Nut bezeichneten Kolbenringnut angeordnet, dass ein erster Teil des Kolbenrings in der Kolbenringnut und ein zweiter Teil des Kolbenrings außerhalb der Kolbenringnut angeordnet ist. Dadurch kann sich beispielsweise der Kolbenring in radialer Richtung des Kolbens nach außen hin an einer korrespondierenden Zylinderwand eines Zylinders der Hubkolbenmaschine abstützen und bei translatorischen Relativbewegungen zwischen dem Kolben der Zylinderwand an der Zylinderwand abgleiten.
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Darüber hinaus offenbart die
DE 38 21 873 A1 eine Anordnung zum Abdichten eines Spalts zwischen zwei zueinander konzentrischen, gegeneinander beweglichen Maschinenteilen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Betrieb der vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich an die Kolbenringnut in radialer Richtung des Kolbens nach innen eine beispielsweise gegenüber der Kolbenringnut, insbesondere in ihrem Querschnitt, erweiterte und mit derKolbenringnut verbundene Ausnehmung anschließt. Unter dem Merkmal, dass die Ausnehmung mit der Kolbenringnut verbunden ist, ist insbesondere zu verstehen, dass die Ausnehmung an sich fluidisch mit der Kolbenringnut an sich verbunden ist.
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In der Ausnehmung ist wenigstens oder genau eine separat von dem Kolben und separat von dem Kolbenring ausgebildete und somit zusätzlich zu dem Kolben und zusätzlich zu dem Kolbenring vorgesehene Dichtung zum Abdichten des Kolbenrings gegen den Kolben angeordnet. Da die Ausnehmung mit der einfach auch als Nut oder Ringnut bezeichneten Kolbenringnut verbunden ist, kann die Dichtung beispielsweise derart montiert werden, dass die Dichtung in radialer Richtung des Kolbens von außen nach innen zunächst in die Kolbenringnut und durch die Kolbenringnut hindurch geschoben wird. Von der Kolbenringnut kann die Dichtung in radialer Richtung des Kolbens nach innen hin in die Ausnehmung übergeschoben beziehungsweise eingeschoben werden, wodurch die Dichtung montiert und somit in der Ausnehmung angeordnet wird. Daraufhin kann beispielsweise der Kolbenring in der Kolbenringnut montiert werden, sodass sich bei der Anordnung die in der Ausnehmung angeordnete Dichtung in radialer Richtung des Kolbens nach innen an den Kolbenring anschließt. Mittels der Dichtung kann ein Bereich beziehungsweise ein Raum hinter dem Kolbenring abgedichtet werden. Mit anderen Worten kann mittels der Dichtung ein in radialer Richtung des Kolbens zwischen dem Kolbenring und dem Kolben angeordneter Bereich oder Raum abgedichtet werden, wodurch beispielsweise ein Flüssigkeitstransport durch diesen Raum und/oder eine Einlagerung von Flüssigkeiten wie beispielsweise Kraftstoff und/oder Öl in dem Raum gering gehalten oder vermieden werden kann.
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Die Ausnehmung ist beispielsweise eine weitere Nut, in welcher die Dichtung angeordnet ist. Die Dichtung ist beispielsweise als ein Dichtring ausgebildet, mittels welchem der Kolbenring in radialer Richtung nach innen besonders vorteilhaft gegen den Kolben abzudichten oder abgedichtet ist. Vorzugsweise ist die Dichtung derart gestaltet, dass der Einsatz der Dichtung im Vergleich zu einer Anordnung ohne die Dichtung nicht oder nur unwesentlich zu einer Erhöhung der Reibleistung der Hubkolbenmaschine führt.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: In als Verbrennungskraftmaschinen beziehungsweise Verbrennungsmotoren ausgebildeten Hubkolbenmaschinen kommen die Flüssigkeiten wie beispielsweise ein flüssiger Kraftstoff und flüssiges Öl und/oder Gase wie beispielsweise ein gasförmiger Kraftstoff zum Einsatz. Es wurde gefunden, dass sich bei herkömmlichen Verbrennungskraftmaschinen, welche als Hubkolbenmaschine ausgebildet sind, flüssiger und gasförmiger Kraftstoff sowie Öl in eine Kolbenringgruppe einlagern kann. Durch die erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Dichtung kann eine solche Einlagerung von flüssigem und gasförmigem Kraftstoff sowie Öl in die Kolbenringgruppe zumindest reduziert beziehungsweise minimiert werden. Außerdem kann die erfindungsgemäß zum Einsatz kommende Dichtung einen unerwünschten Transport von flüssigem Kraftstoff über die Kolbenringgruppe in ein Kurbelgehäuse beziehungsweise in einen Kurbelraum der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden, sodass beispielsweise ein besonders emissionsarmer Betrieb der Hubkolbenmaschine gewährleistet werden kann. Hierdurch kann sich auch ein positiver Effekt auf die Zusammenstellung der Lüftungsgase einstellen, wenn diese wieder der Verbrennung zugeführt werden. Mit anderen Worten kann eine besonders vorteilhafte Kurbelgehäuseentlüftung dargestellt werden. Gleichfalls kann der Transport von Öl oder eines Kraftstoff-ÖI-Gemisches in einen Brennraum der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden, und eine Einlagerung von unverbranntem Kraftstoff in ein Kolbenringpaket kann gering gehalten oder gar vermieden werden. In der Folge kann eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung auf kostengünstige Weise realisiert werden.
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Da mittels der Dichtung der Kolbenring besonders vorteilhaft gegen den Kolben abgedichtet werden kann, kann ein Kraftstoffeintrag im Motoröl der Hubkolbenmaschine gering gehalten werden, und ein Öltransport in den Brennraum kann in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. In der Folge können Roh- und Partikelemissionen der beispielsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung wenigstens eines Kolbenrings an einem Kolben für eine Hubkolbenmaschine; und
- 2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht der Anordnung.
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In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht eine Anordnung 10 wenigstens eines Kolbenrings 12 an einem Kolben 14 für eine Hubkolbenmaschine. Die Hubkolbenmaschine ist beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine und wird auch als Verbrennungsmotor oder Motor bezeichnet. Die Hubkolbenmaschine ist beispielsweise Bestandteil eines Antriebsstrangs eines Kraftfahrzeugs, welches mittels der Hubkolbenmaschine angetrieben werden kann. Das Kraftfahrzeug ist dabei vorzugsweise als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgebildet. In vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ist der Kolben 14 translatorisch bewegbar in einem Zylinder aufgenommen, wobei durch den Kolben 14 und durch den Zylinder ein Brennraum der Hubkolbenmaschine begrenzt ist. Während eines befeuerten Betriebs der Hubkolbenmaschine laufen in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ab. Der Zylinder weist dabei eine auch als Laufbahn bezeichnete Zylinderwand auf, wobei der Kolben 14 relativ zu der Zylinderwand translatorisch bewegbar ist. Dabei kann sich der Kolben 14 entlang seiner radialen Richtung an der Zylinderwand abstützen.
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Aus 1 ist erkennbar, dass der Kolben 14 eine Ringpartie 16 mit vorliegend drei in axialer Richtung des Kolbens 14 aufeinanderfolgend angeordneten und einfach auch als Nuten oder Ringnuten bezeichneten Kolbenringnuten 18, 20 und 22 aufweist. Dies ist auch besonders gut aus 2 erkennbar. Außerdem weist der Kolben 14 einen Kolbenboden 24 auf, durch welchen eine Kolbenmulde 26 gebildet beziehungsweise begrenzt ist. Die in axialer Richtung des Kolbens 14 oberste und somit am nächsten zum Kolbenboden 24 angeordnete der Ringnuten ist die Kolbenringnut 18, wobei die Kolbenringnut 22 die in axialer Richtung des Kolbens 14 unterste und somit am weitesten von dem Kolbenboden 24 beabstandete Nut ist. In axialer Richtung des Kolbens 14 ist die Kolbenringnut 20 zwischen den Kolbenringnuten 18 und 22 angeordnet.
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Bei der Anordnung 10 ist der Kolbenring 12, welcher auch einfach als Ring bezeichnet wird, beispielsweise derart in der Kolbenringnut 20 angeordnet, dass ein erster Teil des Kolbenrings 12 in der Kolbenringnut 20 angeordnet ist und ein zweiter Teil des Kolbenrings 12 in radialer Richtung nach außen aus der Kolbenringnut 20 herausragt und somit außerhalb der Kolbenringnut 20 beziehungsweise des Kolbens 14 angeordnet ist. Dadurch kann sich beispielsweise der Kolbenring 12 in radialer Richtung des Kolbens 14 nach außen hin an der Zylinderwand abstreifen und dann, wenn sich der Kolben 14 und mit diesem der Kolbenring 12 translatorisch relativ zu der Zylinderwand bewegen, an der Zylinderwand abgleiten beziehungsweise entlang gleiten. Auch in den Kolbenringnuten 18 und 22 sind jeweilige Kolbenringe 28 und 30 angeordnet. Die Kolbenringe 12, 28 und 30 sind separat von dem Kolben 14 ausgebildet und an dem Kolben 14 gehalten.
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Um nun einen besonders vorteilhaften und insbesondere emissionsarmen Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren zu können, schließt sich in radialer Richtung des Kolbens 14 nach innen hin an die Kolbenringnut 20 eine mit der Kolbenringnut 20 verbundene Ausnehmung 32 an, welche beispielsweise, insbesondere in ihrem Querschnitt, gegenüber der Kolbenringnut 20 erweitert ist. Dabei ist in der beispielsweise als Nut und/oder Einstich ausgebildeten Ausnehmung 32 eine separat von dem Kolben 14 und separat von dem Kolbenring 12 ausgebildete und zusätzlich zu dem Kolben 14 und zusätzlich zu dem Kolbenring 12 vorgesehene Dichtung 34 angeordnet, mittels welcher der Kolbenring 12 gegen den Kolben 14 abzudichten oder abgedichtet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Kolbenring 12 und die Dichtung 34 aus voneinander unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Beispielsweise kann die Dichtung 34 aus Gummi oder temperaturfestem Kunststoff gebildet sein.
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Um eine besonders vorteilhafte Abdichtung des Kolbenrings 12 gegen den Kolben 14 realisieren zu können, ist der Kolbenring 12 in radialer Richtung des Kolbens 14 nach innen hin vollständig durch die Dichtung 34 überdeckt. Des Weiteren ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Dichtung 34 als ein Dichtring ausgebildet ist. Der Dichtring ist beispielsweise in Umfangsrichtung des Kolbens 14 vollständig umlaufend geschlossen.
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Zumindest der Kolbenring 12 und die Dichtung 34 bilden ein Kolbenringdichtsystem, um beispielsweise einen übermäßigen Eintrag von Kraftstoff aus dem Brennraum in ein Kurbelgehäuse und somit in ein auch als Motoröl bezeichnetes Öl zum Schmieren der Hubkolbenmaschine zu vermeiden. Außerdem kann mittels des Kolbenringdichtsystems ein übermäßiger Eintrag von Motoröl aus dem Kurbelgehäuse in den Brennraum vermieden werden, sodass Roh- und Partikelemissionen der Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können.
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Die Hubkolbenmaschine kann Bestandteil eines Hybridantriebs sein, sodass das Kraftfahrzeug beispielsweise als Hybridfahrzeug ausgebildet ist. Insbesondere bei Hybridantrieben kann es zu einer hohen Anzahl an Stillstandszeiten der auch als Verbrennungsmotor bezeichneten Hubkolbenmaschine kommen. Gerade bei solchen Stillstandszeiten kann üblicherweise Kraftstoff verstärkt entlang der Zylinderwand vom Brennraum in das Kurbelgehäuse und somit in dessen Kurbelraum übertreten. Dieser Kraftstoffübertritt kann durch die zusätzliche Dichtung 34 verhindert werden. Die Dichtung 34 beziehungsweise eine der Dichtung 34 entsprechende Dichtung kann prinzipiell in jeder Ringnut des Kolbens 14 angeordnet sein. Bevorzugt ist die Dichtung 34 wegen der hohen Verbrennungshitze jedoch eher in eine der unteren Ringnuten und somit beispielsweise in der Kolbenringnut 20und/oder in der Kolbenringnut 30 angeordnet. Die bekannte Dichtwirkung des Kolbenrings 12 durch den Verbrennungsdruck, der sich hinter den Kolbenring 12 legt und diesen in radialer Richtung des Kolbens 14 nach außen drückt, wird durch die zusätzliche Dichtung 34 nicht beeinträchtigt.
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Bei dem befeuerten Betrieb wird beispielsweise Kraftstoff, insbesondere flüssiger Kraftstoff, zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine direkt in den Brennraum oder in den Ansaugkanal eingespritzt. Durch diese Einspritzung kommt Kraftstoff an die Zylinderwand, wodurch Kraftstoff auf die Zylinderwand aufgebracht wird. Dieser auf die Zylinderwand aufgebrachte Kraftstoff verdampft üblicherweise nicht vollständig und bleibt somit zumindest teilweise flüssig an der Zylinderwand hängen. Dies kann bei allen Motoren auftreten, wobei bei konventionellen Motoren die Wahrscheinlichkeit groß ist, dass der auf die Zylinderwand aufgebrachte Kraftstoff abdampfen kann, da herkömmliche beziehungsweise konventionelle Verbrennungsmotoren ständig laufen. Bei Hybridantrieben jedoch kann das Problem auftreten, dass der Verbrennungsmotor nur zeitweise läuft und in weiten Betriebsbereichen deaktiviert und somit nur unzureichend warm ist. Dadurch kann es dazu kommen, dass der direkt auf die Zylinderwand aufgebrachte Kraftstoff nicht vollständig von der Zylinderwand abdampfen kann. Da nun ein Kolben mit seinem Ringpaket über die Zylinderwand fährt, welche noch mit flüssigem Kraftstoff benetzt ist, wird der flüssige Kraftstoff von der Zylinderwand abgestriffen, und der flüssige Kraftstoff wird bei einer Abwärtsbewegung des Kolbens in eine Ölwanne der Hubkolbenmaschine abgegeben. Dies kann zu einem unerwünschten Kraftstoffeintrag in das Motoröl führen. Dieses Problem kann durch den Einsatz der zusätzlichen Dichtung 34 vermieden werden.
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Die zusätzliche Dichtung 34 ist ein zusätzlicher Dichtring hinter dem bestehenden Kolbenring 12, wodurch eine übermäßige Kraftstoffeinlagerung in das sogenannte Ringfeld gering gehalten oder vermieden werden kann. Die Dichtung 34 ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass die Dichtung 34 temperaturbeständig ist und die eigentlichen Kolbenringe 12, 28 und 30 in ihrer gewünschten Funktion nicht beeinträchtigt, sondern vielmehr unterstützt. Prinzipiell könnte in jeder Ringnut eine zusätzliche Dichtung der Dichtung 34 angeordnet sein. Bevorzugt ist die zusätzliche Dichtung 34 jedoch aufgrund hoher Temperaturen unterhalb der obersten Kolbenringnut 18 angeordnet.
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Die zusätzliche hinter dem Kolbenring 12 angeordnete Dichtung 34 unterstützt diesen und ermöglicht es, eine Einlagerung von unverbranntem Kraftstoff und Öl in die Ringpartie 16 zu vermeiden oder zumindest gering zu halten. Durch den Einsatz der Dichtung 34 kann übermäßiger Eintrag von Kraftstoff in das Motoröl vermieden werden. Außerdem können so die Rohemissionen und Partikelemissionen gering gehalten werden, sodass sich ein besonders vorteilhafter Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Anordnung
- 12
- Kolbenring
- 14
- Kolben
- 16
- Ringpartie
- 18
- Kolbenringnut
- 20
- Kolbenringnut
- 22
- Kolbenringnut
- 24
- Kolbenboden
- 26
- Kolbenmulde
- 28
- Kolbenring
- 30
- Kolbenring
- 32
- Ausnehmung
- 34
- Dichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012221858 A1 [0002]
- DE 3821873 A1 [0003]
