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Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine und einen Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine.
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Aus
DE 196 16 474 A1 ist ein Kolben mit einer Ringanordnung für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt, wobei der Kolben mehrere Nuten und darin angeordnete Kolbenringe umfasst. In der dem Kolbenboden abgewandten Nut ist ein Ölabstreifring angeordnet. In dieser Nut sind in das Kolbeninnere führende Ölablaufbohrungen vorgesehen. Zusätzlich weist eine benachbarte, mittlere Kolbenring-Nut ebenfalls in das Kolbeninnere führende Ölablaufbohrungen auf. Die Ölablaufbohrungen in der mittleren Kolbenring-Nut sollen radial oder radial geneigt ausgebildet sein. Es wird darauf hingewiesen, dass über den Umfang des Kolbens verteilt vier Ölablaufbohrungen in der mittleren Kolbenring-Nut ausgebildet sein können. Durch die Anordnung der Ölablaufbohrungen soll der Ölverbrauch der Brennkraftmaschine minimiert werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie einen Hubkolben zur Verfügung zu stellen, mittels welchen eine effiziente Kühlung der Kolbenunterseite realisiert werden kann.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Eine erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine umfasst mindestens einen Zylinder und mindestens einen Hubkolben, wobei der Hubkolben während des Betriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine in axialer Richtung entlang der Zylinderachse hin- und herbewegt wird. Der Hubkolben weist einen Grundkörper mit einem zu einem Brennraum der Hubkolbenbrennkraftmaschine weisenden Kolbenboden und einer rückseitig des Kolbenbodens ausgebildeten Kolbenunterseite auf. Die Kolbenunterseite ist dem Brennraum abgewandt und weist in Richtung einer Kurbelwelle. Der Hubkolben ist zudem über einen Kolbenbolzen mit einem Pleuel verbunden. Zur Kühlung der Kolbenunterseite ist bei der erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine mindestens ein Mittel zur Erzeugung einer Ring-Fluidströmung vorgesehen, wobei sich die Ring-Fluidströmung ringförmig um den Kolbenbolzen erstreckt und den Bereich zwischen Kolbenunterseite und Kolbenbolzen durchströmt.
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Während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine erhitzt sich der dem Brennraum zugewandte Kolbenboden sowie die dem Brennraum abgewandte Kolbenunterseite durch die im Brennraum herrschende Temperatur. Die Temperatur des Fluides unterhalb des Hubkolbens in einem Kurbelgehäuseraum steigt dann während des Betriebs ebenfalls an und das erwärmte Fluid sammelt sich im Bereich der Kolbenunterseite. Bei dem im Kurbelgehäuseraum befindlichen Fluid, das sich im Bereich der Kolbenunterseite sammelt, handelt es sich insbesondere um ein Öl-Gas-Gemisch. Praktische Tests und Simulationen des Strömungsverhaltens des im Kurbelgehäuseraums befindlichen Fluides haben gezeigt, dass sich im Bereich unmittelbar benachbart der Kolbenunterseite - trotz der Hin- und Herbewegung des Hubkolbens - meist eine nur sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit einstellt, d.h. kaum Konvektion auftritt und es daher nur einen geringen oder keinen Fluidaustausch zwischen dem sich im Bereich der Kolbenunterseite ansammelnden und stetig weiter erwärmenden Fluid einerseits und dem weiter in Richtung Kurbelwelle befindlichen, üblicherweise kühleren Fluid andererseits gibt, das einen größeren Abstand zum Kolbenboden und zur Kolbenunterseite aufweist.
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Die erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine löst dieses Problem durch die Bereitstellung von einem Mittel oder mehreren Mitteln, welche(s) durch Erzeugung einer Ring-Fluidströmung eine effiziente Kühlung der Kolbenunterseite bewirkt bzw. bewirken. Die Ring-Fluidströmung strömt dabei ringförmig um den Kolbenbolzen und weist damit insbesondere auch Komponenten in axialer Richtung auf, wodurch bewirkt wird, dass erhitztes Fluid von dem Bereich unmittelbar benachbart zur Kolbenunterseite bzw. zwischen Kolbenunterseite und Kolbenbolzen nach unten in Richtung Kurbelwelle gefördert wird und gleichzeitig kühleres Fluid aus Richtung der Kurbelwelle nachströmt. Das aus Richtung der Kurbelwelle geförderte Fluid weist eine geringere Temperatur auf als die Kolbenunterseite und führt damit zu einer Abkühlung der Kolbenunterseite.
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Als Mittel zur Erzeugung einer Ring-Fluidströmung sind insbesondere Durchgangsöffnungen im Grundkörper des Kolbens vorgesehen, wie sie im Folgenden detailliert erläutert werden. Alternativ oder in Ergänzung kann im Bereich des Kurbelgehäuses oder des mindestens einen Zylinders mindestens ein Ventilator und/oder Lüfter angeordnet sein (oder mehrere Ventilatoren bzw. Lüfter), welcher kühleres Fluid von einem Bereich unterhalb des Hubkolbens in Richtung der Kolbenunterseite derart fördert, dass sich eine Ring-Fluidströmung einstellt. Ebenfalls alternativ können auch eine oder mehrere Pumpen vorgesehen sein, mittels welcher bzw. welchen bereits erwärmtes Fluid aus dem Bereich zwischen Kolbenunterseite und Kolbenbolzen abgepumpt wird. Der Antrieb eines Ventilators oder Lüfters kann dabei über eine externe Energiequelle erfolgen und/oder durch die Hin- und Herbewegung des Hubkolbens angetrieben sein.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist an dem Außenumfang des Grundkörpers des Hubkolbens mindestens eine Kolbenringnut ausgebildet, und als Mittel zur Erzeugung einer Ring-Fluidströmung ist mindestens eine Durchgangsöffnung in dem Grundkörper ausgebildet. Die mindestens eine Durchgangsöffnung erstreckt sich dabei von der mindestens einen Kolbenringnut oder falls mehrere Kolbenringnuten ausgebildet sind, von derjenigen Kolbenringnut, die den größten Abstand zum Kolbenboden aufweist, bis zu einer Kolbeninnenseite. Als Kolbeninnenseite wird dabei die gesamte innere Fläche des Hubkolbens verstanden, welche sowohl die Kolbenunterseite, als auch die innere Umfangswand mit einschließt. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die mindestens eine Durchgangsöffnung für den Fall, dass mehrere Kolbenringnuten an dem Grundkörper des Hubkolbens ausgebildet sind, in Einbaulage des Hubkolbens ausgehend von der untersten Kolbenringnut ausgebildet. Üblicherweise ist in dieser Kolbenringnut ein Ölabstreifring angeordnet.
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Während des Betriebs der Hubkolbenbrennkraftmaschine strömt im Brennraum entstehendes Blow-by-Gas entlang des Außenumfangs des Hubkolbens in Richtung des Kurbelgehäuseraums. Das Blow-by-Gas gelangt dabei auch durch die mindestens eine Durchgangsöffnung in der einen Kolbenringnut, bzw. in der Kolbenringnut, welche den größten Abstand zum Kolbenboden aufweist, in Richtung der Kolbeninnenseite. Die oberhalb der untersten Kolbenringnut ausgebildete Kolbenringnut oder die mehreren Kolbenringnuten dienen üblicherweise dazu, den Kurbelgehäuseraum gegenüber dem Brennraum abzudichten, um die Leckage von Blow-by-Gas aus dem Brennraum zu verringert bzw. zu vermeiden.
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Wie im Folgenden noch näher erläutert, wird durch geeignete Anordnung bzw. Ausbildung der mindestens einen Durchgangsöffnung zur Kühlung der Kolbenunterseite eine Ring-Fluidströmung erzeugt, indem das durch die mindestens eine Durchgangsöffnung in Richtung der Kolbeninnenseite strömende Blow-by-Gas das im Bereich der Kolbenunterseite befindliche, bereits erwärmte Fluid verdrängt und in Richtung der Kurbelwelle fördert. Die Ausbildung mindestens einer Durchgangsöffnung stellt dabei eine besonders einfache und günstige Möglichkeit zur Erzeugung einer Ring-Fluidströmung zur Kühlung der Kolbenunterseite dar. Insbesondere können zusätzliche Bauelemente, wie beispielsweise eine Ölspritzdüse, mittels welcher Öl zur Kühlung der Kolbenunterseite auf diese gespritzt wird, entfallen. Wenn in dem Hubkolben ein Kühlkanal ausgebildet oder angeordnet ist, kann dieser trotz der Ausbildung von Durchgangsöffnungen unverändert bleiben. Mittels des Blow-by-Gases, welches durch die mindestens eine Durchgangsöffnung strömt, wird zusätzlich eine Ölrückführung von Ölnebel in Richtung Kurbelgehäuseraum bewirkt und somit einer Strömung von Ölnebel in Richtung Brennraum entgegengewirkt.
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Insbesondere ist die Haupt-Strömungsrichtung der Ausströmöffnung (nachfolgend auch als Ausströmwinkel bezeichnet) der mindestens einen Durchgangsöffnung derart gegenüber der Horizontalen geneigt, dass diese vom Kolbenboden wegweist bzw. wegführt. Im Falle einer als Bohrung oder linear ausgebildeten Durchgangsöffnung ist dann ein zur Kolbenringnut weisender Abschnitt der Durchgangsöffnung in axialer Richtung betrachtet oberhalb eines zur Kolbeninnenseite weisenden Abschnitts der Durchgangsöffnung angeordnet, wenn sich der Brennraum in axialer Richtung oberhalb des Kolbens befindet. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Durchgangsöffnung in diesem Fall in Strömungsrichtung des Blow-by-Gases betrachtet nach unten (d.h. zumindest teilweise in Richtung der Schwerkraft orientiert) geneigt. Mit der Horizontalen ist hier die Ebene senkrecht zur Zylinderachse gemeint. Durch die Neigung der mindestens einen Durchgangsöffnung wird das sich im Bereich der Kolbenunterseite befindliche Fluid zumindest teilweise in axialer Richtung in Richtung Kurbelwelle beschleunigt bzw. gefördert. Dadurch, dass zwangsläufig Fluid nachströmt, stellt sich so eine Ring-Fluidströmung sein.
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Vorzugsweise beträgt die Neigung der mindestens einen Durchgangsöffnung gegenüber der Horizontalen mindestens 10°, bevorzugt mindestens 20°, weiter bevorzugt mindestens 30° und besonders bevorzugt mindestens 45°. Je steiler die Neigung der mindestens einen Durchgangsöffnung gegenüber der Horizontalen ist, desto effizienter wird erwärmtes Fluid aus dem Bereich zwischen Kolbenunterseite und Kolbenbolzen in Richtung Kurbelwelle bzw. im Kurbelgehäuseraum nach unten gefördert. Dementsprechend strömt auch kühleres Fluid in Richtung Kolbenunterseite nach.
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Die Ring-Fluidströmung ist besonders ausgeprägt und damit die Kühlung der Kolbenunterseite besonders effizient, wenn in Umfangsrichtung beabstandet zueinander, insbesondere ungefähr gegenüberliegend, mindestens zwei Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, welche jeweils eine unterschiedliche Neigung gegenüber der Horizontalen aufweisen. Beispielsweise kann eine Durchgangsöffnung auf der Druckseite des Kolbens und eine andere Durchgangsöffnung auf der Gegendruckseite des Kolbens angeordnet sein. Es ist auch möglich, jeweils ein oder mehrere Durchgangsöffnungen mit einer flachen Neigung auf einer Seite anzuordnen und ein oder mehrere Durchgangsöffnungen mit einer steileren Neigung auf der gegenüberliegenden Seite anzuordnen. Solche asymmetrisch ausgebildete, gegenüber der Horizontalen geneigte Durchgangsöffnungen können insbesondere so aufeinander abgestimmt werden, dass das Blow-by-Gas jeweils derart durch die Durchgangsöffnungen strömt, dass die Bildung einer Ring-Fluidströmung erzielt wird. Mit steiler ausgebildeten Durchgangsöffnungen sind Ausströmöffnungen mit einem Winkel gegenüber der Horizontalen von mindestens 20°, vorzugsweise mindestens 30° und besonders bevorzugt mindestens 40° gemeint. Mit flach ausgebildeten Durchgangöffnungen sind Ausströmöffnungen gemeint, die gegenüber der Horizontalen einen Winkel einschließen, der kleiner ist, als der Winkel der anderen Durchgangsöffnung. Vorzugsweise ist der Winkel zwischen der Horizontalen und der Austrittsöffnung einer flach ausgebildeten Durchgangsöffnung maximal 30°, vorzugsweise maximal 20° besonders bevorzugt maximal 10°. Eine flach ausgebildete Ausströmöffnung kann auch horizontal ausgebildet oder in Richtung des Kolbenbodens geneigt sein, d.h. einen negativen Winkel annehmen. Blow-by-Gas, welches durch eine flach ausgebildete Durchgangsöffnung in den Innenraum des Kolbens gefördert wird, fördert die dort befindliche Luft bzw. das dort befindliche Fluid quer zur Zylinderachse radial in deren Richtung. Auf der gegenüberliegenden Seite wird dann mit der steiler ausgebildeten Durchgangsöffnung eine Blow-by-Gas-Fluidströmung in Richtung der Kurbelwelle erzeugt, womit das Fluid in eine sich vom Kolbenboden entfernende Richtung, vorzugsweise überwiegend in axialer Richtung gefördert wird.
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Insbesondere ist die mindestens eine Durchgangsöffnung auf einer Druckseite und/oder einer Gegendruckseite des Grundkörpers angeordnet. Falls nur eine Durchgangsöffnung ausgebildet ist, so kann diese an der Druckseite oder der Gegendruckseite angeordnet sein. Im Falle, dass mehrere Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, ist es sowohl möglich sämtliche Durchgangsöffnungen auf der Druckseite oder auf der Gegendruckseite anzuordnen. Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung auf der Druckseite und der Gegendruckseite ausgebildet ist. Als Druckseite wird dabei diejenige Seite des Hubkolbens bezeichnet, an welcher der Hubkolben im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine während der Expansionsphase an eine Zylinderwand gedrückt wird. Die Gegendruckseite ist die der Druckseite gegenüberliegende Seite des Hubkolbens. Die Anordnung an der Druckseite und/oder der Gegendruckseite ist insbesondere konstruktiv gut geeignet, da hier die Materialstärke des Grundkörpers in diesen Bereichen geringer ist und damit die Ausbildung einer Durchgangsöffnung beispielsweise mittels Bohren vereinfacht wird.
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Um verschiedene Strömungsrichtungen von Blow-by-Gas zu erzielen, welches durch die Durchgangsöffnungen in Richtung Kolbenunterseite strömt, können mehrere Durchgangsöffnungen vorgesehen sein, welche über den Umfang des Grundkörpers verteilt angeordnet sind. Insbesondere sind die mehreren Durchgangsöffnungen derart verteilt, dass sie jeweils äquidistant auf der Druckseite und der Gegendruckseite angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Durchgangsöffnungen auf der Druckseite und der Gegendruckseite spiegelbildlich angeordnet, wobei die Zylinderachse die Spiegelebene bildet. Insbesondere sind 2, 3 oder 4 Durchgangsöffnungen jeweils auf der Druckseite und der Gegendruckseite vorgesehen.
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Der Durchmesser bzw. die größte Querschnittserstreckung der mindestens einen Durchgangsöffnung beträgt insbesondere mindestens 1 mm, bevorzugt mindestens 1,5 mm und besonders bevorzugt mindestens 2 mm.
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Simulationen haben ergeben, dass die Kühlung der Kolbenunterseite besonders stark ausgeprägt ist, wenn mindestens eine erste Durchgangsöffnung auf der Gegendruckseite des Grundkörpers angeordnet ist und mindestens eine zweite Durchgangsöffnung auf der Druckseite des Grundkörpers angeordnet ist, wobei die mindestens eine zweite Durchgangsöffnung weniger gegenüber der Horizontalen geneigt ist, als die mindestens eine erste Durchgangsöffnung.
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Die Erfindung betrifft auch einen Hubkolben für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, insbesondere für eine wie vorstehend beschriebene Hubkolbenbrennkraftmaschine. Der erfindungsgemäße Hubkolben weist insbesondere auch eines oder mehrere der Merkmale auf, die vorstehend in Zusammenhang mit einem Hubkolben erläutert wurden. Der Hubkolben weist einen Grundkörper mit einem Kolbenboden und einer rückseitig des Kolbenbodens ausgebildeten Kolbenunterseite auf und der Hubkolben ist über einen Kolbenbolzen mit einem Pleuel verbindbar. An dem Außenumfang des Grundkörpers des Hubkolbens ist mindestens eine Kolbenringnut ausgebildet, wobei sich ausgehend von der mindestens einen Kolbenringnut oder falls mehrere Kolbenringnuten ausgebildet sind, von derjenigen Kolbenringnut, die den größten Abstand zum Kolbenboden aufweist, mindestens eine erste Durchgangsöffnung mit einem Ausströmwinkel von größer als 10° gegenüber der Horizontalen bis zu einer Kolbeninnenseite erstreckt. Mittels der mindestens einen Durchgangsöffnung wird, wie vorstehend erläutert, eine Ring-Fluidströmung zur Kühlung der Kolbenunterseite erzeugt.
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Insbesondere erstreckt sich zusätzlich zu der mindestens einen ersten Durchgangsöffnung mindestens eine weitere zweite Durchgangsöffnung von der mindestens einen Kolbenringnut oder falls mehrere Kolbenringnuten ausgebildet sind, von derjenigen Kolbenringnut, die den größten Abstand zum Kolbenboden aufweist, bis zur Kolbeninnenseite. Der Ausströmwinkel der mindestens zweiten Durchgangsöffnung schließt dabei einen kleineren Winkel mit der Horizontalen ein als die erste Durchgangsöffnung. Dies umfasst auch Varianten, in welchen sich die zweite Durchgangsöffnung rein horizontal erstreckt oder die Ausströmöffnung in Richtung des Kolbenbodens und des Brennraums geneigt ist, d.h. der Winkel negativ ist. In Bezug auf die Vorteile dieser asymmetrischen Anordnung der ersten Durchgangsöffnung und der zweiten Durchgangsöffnung wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Hubkolben in einem Querschnitt,
- 2 den Hubkolben aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 den Hubkolben aus 1 und 2 in einer Seitenansicht gemäß Pfeil III in 1 und 2,
- 4 den Hubkolben aus 1 bis in einer Seitenansicht gemäß Pfeil IV in 1,
- 5 einen Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine in einer schematischen Darstellung mit einem Hubkolben gemäß den 1 bis 4.
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In den 1 bis 4 ist ein erfindungsgemäßer Hubkolben 10 für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 12 dargestellt. Der Hubkolben 10 umfasst einen Grundkörper 14 mit einem Kolbenboden 16, welcher im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 12 in Richtung eines Brennraums weist (vgl. 5). Der Grundkörper 14 weist zudem eine rückseitig des Kolbenbodens 16 ausgebildete Kolbenunterseite 18 auf. Die Kolbenunterseite 18 ist in Einbaulage des Hubkolbens 10 in Richtung einer Kurbelwelle gerichtet. Zudem weist der Hubkolben 10 einen durch eine Kolbenbolzennabe 20 geführten Kolbenbolzen (nicht dargestellt) auf, welcher mit einem Pleuel (nicht dargestellt) verbindbar ist. Der Grundkörper 14 des Hubkolbens 10 umfasst zudem ein erstes Kolbenhemd 22a, welches auf einer Gegendruckseite 24 des Hubkolbens 10 angeordnet ist (in 1 und 5 auf der rechten Seite des Hubkolbens 10), sowie ein zweites Kolbenhemd 22b, welches auf einer Druckseite 26 des Hubkolbens 10 angeordnet ist (in 1 und 5 auf der linken Seite des Hubkolbens 10). Zwischen dem ersten Kolbenhemd 22a und dem zweiten Kolbenhemd 22b erstrecken sich jeweils Seitenwände 28 (vgl. 2). Die Kolbenbolzennabe 20 stellt eine Öffnung 30 zur Aufnahme des nicht dargestellten Kolbenbolzens bereit. Der Hubkolben 10 weist eine Kolbeninnenseite 32 auf, welche sowohl die Kolbenunterseite 18 als auch eine innere Umfangswand 34 umfasst.
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An dem Außenumfang des Grundkörpers 14 des Hubkolbens 10 sind vorliegend drei Kolbenringnuten 36a, 36b, 36c ausgebildet. Die unterste Kolbenringnut 36c, welche den größten Abstand zum Kolbenboden 16 aufweist, dient zur Aufnahme eines Ölabstreifrings (nicht dargestellt). Die beiden darüber ausgebildeten Kolbenringnuten 36a, 36b dienen zur Aufnahme von Dichtringen (nicht dargestellt), mittels welchen ein Kurbelgehäuseraum gegenüber dem Brennraum abgedichtet wird, so dass möglichst eine geringe Menge von Blow-by-Gas ausgehend von dem Brennraum in den Kurbelgehäuseraum gelangt.
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In der untersten, den größten Abstand zum Kolbenboden 16 aufweisenden Kolbenringnut 36c sind als Mittel zur Erzeugung einer Ring-Fluidströmung 38 vorliegend zwei Durchgangsöffnungen 40a, 40b ausgebildet. In 1 auf der rechten Seite des Hubkolbens 10 - der Gegendruckseite 24 - ist eine erste Durchgangsöffnung 40a ausgebildet, welche sich ausgehend von der untersten Kolbenringnut 36c bis zur Kolbeninnenseite 32 erstreckt. Die erste Durchgangsöffnung 40a ist vorliegend gegenüber der Horizontalen H geneigt und schließt mit der Horizontalen H einen Winkel von 65° ein. Auf der in 1 gezeigten linken Seite - der Druckseite 26 - ist eine zweite Durchgangsöffnung 40b ausgebildet, welche sich ebenfalls von der untersten Kolbenringnut 36c bis zur Kolbeninnenseite 32 erstreckt. Die hier gezeigte zweite Durchgangsöffnung 40b erstreckt sich in horizontaler Richtung.
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In den 2 und 3 ist die Gegendruckseite 24 des erfindungsgemäßen Hubkolbens 10 mit der ersten Durchgangsöffnung 40a gut zu erkennen. 4 zeigt den erfindungsgemäßen Hubkolben 10 mit Blick auf die Druckseite 26, wobei sich die zweite Durchgangsöffnung 40b horizontal in Richtung Kolbeninnseite 32 erstreckt.
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In 5 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 12 mit einem erfindungsgemäßen Hubkolben 10 dargestellt. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 12 weist einen Zylinder 42 mit einer Zylinderwand 44 auf, welche den Brennraum 46 umschließt. Innerhalb des Zylinders 42 bewegt sich der Hubkolben 10 im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 12 in axialer Richtung entlang der Zylinderachse Z hin und her. Am unteren Ende der Zylinderwand 44 schließt sich ein Kurbelgehäuse 48 an, welches den Kurbelgehäuseraum 50 umschließt und in welchem eine Kurbelwelle (nicht dargestellt) angeordnet ist.
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Im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 12 erwärmt sich der dem Brennraum 46 zugewandte Kolbenboden 16 und ebenfalls die Kolbenunterseite 18. Auch im Kurbelgehäuseraum 50 ergibt sich ein Temperaturgradient, welcher schematisch mittels des Pfeils T dargestellt ist, wobei im Bereich zwischen der Kolbenunterseite 18 und der Kolbenbolzennabe 20 eine höhere Temperatur herrscht als weiter unten im Kurbelgehäuseraum 50 in Richtung der Kurbelwelle.
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Im Folgenden wird erläutert, wie mit den Mitteln zur Erzeugung einer Ring-Fluidströmung 38 eine Ring-Fluidströmung 52 zur Kühlung der Kolbenunterseite 18 erzeugt wird. Durch die Hin- und Herbewegung des Hubkolbens 10 entlang der Zylinderachse Z, die dadurch bewirkte Kompression und den Brennvorgang, welche zu einer Druckdifferenz zwischen Brennraum 46 und Kurbelgehäuseraum 50 führt, strömt Blow-by-Gas aus dem Brennraum 46 in Richtung des Kurbelgehäuseraums 50 zwischen dem Grundkörper 14 und der Zylinderwand 44 entlang. Das Blow-by-Gas gelangt durch die Durchgangsöffnungen 40a, 40b von der untersten Kolbenringnut 36c in Richtung der Kolbeninnenseite 32. Durch die auf der Druckseite 26 angeordnete, zweite Durchgangsöffnung 40b wird sich im Bereich der Druckseite 26 und im Bereich zwischen der Kolbenunterseite 18 und der Kolbenbolzennabe 20 befindliches Fluid in Richtung der Gegendruckseite 24 gefördert. Das durch die erste Durchgangsöffnung 40a strömende Blow-by-Gas, welches durch die Neigung der ersten Durchgangsöffnung 40a eine axiale Komponente aufweist, fördert das unterhalb der Kolbenunterseite 18 erwärmte Fluid nach unten in Richtung Kurbelwelle. Gleichzeitig strömt kühleres Fluid beabstandet von der Kolbenunterseite 18 auf der Druckseite 26 nach. Es entsteht folglich die Ring-Fluidströmung 52, welche den Bereich zwischen Kolbenunterseite 18 und Kolbenbolzennabe 20 durchströmt und dabei einen Fluidaustausch bewirkt.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Hubkolben
- 12
- Hubkolbenbrennkraftmaschine
- 14
- Grundkörper
- 16
- Kolbenboden
- 18
- Kolbenunterseite
- 20
- Kolbenbolzennabe
- 22a, 22b
- Kolbenhemd
- 24
- Gegendruckseite
- 26
- Druckseite
- 28
- Seitenwand
- 30
- Öffnung
- 32
- Kolbeninnenseite
- 34
- innere Umfangswand
- 36a, 36b, 36c
- Kolbenringnut
- 38
- Mittel zur Erzeugung einer Ring-Fluidströmung
- 40a, 40b
- Durchgangsöffnung
- 42
- Zylinder
- 44
- Zylinderwand
- 46
- Brennraum
- 48
- Kurbelgehäuse
- 50
- Kurbelgehäuseraum 52 Ring-Fluidströmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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