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Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Kolbenrings in einer Ringnut eines Kolbens für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Anordnung eines Kolbenrings in einer Ringnut eines Kolbens für eine Hubkolbenmaschine, insbesondere eines. Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
DE 33 12 059 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei der Anordnung ist genau ein zusätzlicher, separat von dem Kolben und separat von dem zumindest teilweise in der Ringnut angeordneten und vorzugsweise separat von dem Kolben ausgebildeten Kolbenring ausgebildeter Dichtring in der Ringnut angeordnet, welche in radialer Richtung des Kolbens nach innen hin durch einen Nutboden, insbesondere des Kolbens begrenzt ist. Der zusätzlich zu dem Kolben und zusätzlich zu dem Kolbenring vorgesehene Dichtring greift in eine korrespondierende, in radialer Richtung des Kolbens zu dem Nutboden hin offene Nut des Kolbenrings ein. Außerdem ist der zusätzliche Dichtring in radialer Richtung des Kolbens nach innen hin direkt an dem Nutboden abgestützt oder abstützbar, so dass in radialer Richtung des Kolbens zwischen dem Nutboden und dem Dichtring kein weiteres, separat von dem Dichtring und separat von dem Kolben ausgebildetes Bauteil angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art zu verbessern.
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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 zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Ringnut und der Dichtring über ihre beziehungsweise seine komplette, in radialer Richtung des Kolben verlaufende Erstreckung eine konstante, in axialer Richtung des Kolbens verlaufende Höhe aufweisen. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass weder die Ringnut noch der Dichtring in radialer Richtung oder in axialer Richtung verlaufende Einbuchtungen, Ausbuchtungen, Vorsprünge, Querschnittserweiterungen oder Querschnittsverjüngungen aufweist, wodurch auf besonders kostengünstige Weise eine besonders vorteilhafte Abdichtung realisiert werden kann. Dadurch können insbesondere der Ölverbrauch und die Partikelemission der vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildeten Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden. Außerdem kann ein Kraftstoffeintrag in auch als Motoröl bezeichnetes Öl der Hubkolbenmaschine in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde:
- Zur Abdichtung eines Brennraums zu einem Kurbelgehäuse der Hubkolbenmaschine hin sind üblicherweise Kolben von als Verbrennungsmotoren ausgebildeten Hubkolbenmaschinen mit mehreren Kolbenringen bestückt. Die Kolbenringe sollen die Verbrennungsgase daran hindern, als sogenanntes Blow-By-Gas ins Kurbelgehäuse zu gelangen. Außerdem sollen die Kolbenringe einen übermäßigen Transport von Motoröl in den Brennraum unterbinden, um einen übermäßigen Ölverbrauch und übermäßige Partikelemissionen zu vermeiden. Durch aufwändige Untersuchungen an optisch zugänglichen Motoren konnten Öltransportphänomene im Ringfeld in den letzten Jahren deutlich besser beobachtet und verstanden werden. Ein wesentlicher Öltransportweg besteht darin, dass Öl am Kolben entlang nach und nach über das Ringfeld nach oben transportiert wird, bis es den Feuersteg des Kolbens erreicht und in den Brennraum abgeschleudert wird. Entlang der Zylinderlaufbahn kann dank der heute recht Zylinderlaufbahnoberflächen nur vergleichsweise wenig Öl in den Brennraum gelangen, im Unterschied zu früheren Verbrennungsmotoren mit deutlich raueren Zylinderlaufbahnen als bei modernen Verbrennungsmotoren.
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Mittels des zusätzlichen Dichtrings kann der beispielsweise als Kompressionsring ausgebildete Kolbenring zu dem auch als Nutgrund bezeichneten Nutboden hin besonders vorteilhaft abgedichtet werden, um einen übermäßigen Öltransport in den Brennraum und übermäßiges Blow-By-Gas in das Kurbelgehäuse zu vermeiden. Da dabei die Ringnut und der Dichtring über ihre jeweiligen, in radialer Richtung des Kolbens verlaufenden Erstreckungen konstante, in axialer Richtung des Kolbens verlaufende Höhen aufweisen, kann die vorteilhafte Abdichtung auf besonders kostengünstige Weise realisiert werden. Außerdem kann die Anordnung besonders einfach hergestellt beziehungsweise montiert 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 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Anordnung eines Kolbenrings in einer Ringnut eines Kolbens für eine Hubkolbenmaschine gemäß dem Stand der Technik;
- 2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung eines Kolbenrings in einer Ringnut eines Kolbens von der Hubkolbenmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht eine Anordnung 10 von Kolbenringen 12a-c in jeweiligen, korrespondierenden Ringnuten 14a-c eines Kolbens 16. Die Kolbenringe 12a-c und der Kolben 16 sind Bestandteile einer Hubkolbenmaschine, welche vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildet ist. Die Verbrennungskraftmaschine wiederum ist vorzugsweise Bestandteils eines insbesondere als Kraftwagen, vorzugsweise Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftfahrzeugs, welches in seinem vollständig hergestellten Zustand die Hubkolbenmaschine umfasst und mittels der Hubkolbenmaschine antreibbar ist. Die Hubkolbenmaschine weist ein beispielsweise als Kurbelgehäuse, insbesondere als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Gehäuseelement 18 auf, welches wenigstens einen Zylinder 20 bildet beziehungsweise begrenzt. Der Zylinder 20 ist insbesondere durch eine auch als Lauffläche oder Zylinderlaufbahn bezeichnete Zylinderwand 22 des Gehäuseelements 18 begrenzt. Dabei ist der Kolben 16 translatorisch bewegbar in dem Zylinder 20 aufgenommen. Der Kolben 16 und der Zylinder 20 begrenzen jeweils teilweise einen Brennraum der Hubkolbenmaschine, in deren Brennraum während eines befeuerten Betriebs der Hubkolbenmaschine Verbrennungsvorgänge ablaufen. Auf einer dem Brennraum in axialer Richtung des Kolbens 16 gegenüberliegenden Seite des Kolbens 16 ist ein Kurbelraum angeordnet, in welchem eine als Kurbelwelle ausgebildete Abtriebswelle der Hubkolbenmaschine zumindest teilweise angeordnet ist. Dabei ist der Kolben 16 über ein Pleuel mit der Kurbelwelle verbunden, so dass translatorische Bewegungen des Kolbens 16 in dem Zylinder 20 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umwandelbar sind. Die Kurbelwelle ist aber zumindest mittelbar drehbar an dem Gehäuseelement 18 gelagert.
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Die Kolbenringe 12a und 12b sind als Kompressionsringe ausgebildet, wobei der Kolbenring 12a auch als erster Kompressionsring und der Kolbenring 12b auch als zweiter Kompressionsring bezeichnet wird. Dabei ist der zweite Kompressionsring in axialer Richtung des Kolbens 16 weiter von einem Kolbenboden 24 des Kolbens 16 beabstandet als der erste Kompressionsring. Der Kolbenring 12c ist als ein sogenannter Ölabstreifring ausgebildet. Aus 1 ist erkennbar, dass der Kolben 16 genau drei Ringnuten in Form der Ringnuten 14a-c aufweist, wobei in der jeweiligen Ringnut 14a-c genau ein Kolbenring 12a-c angeordnet ist. Dabei ist die Ringnut 14b in axialer Richtung des Kolbens 16 zwischen Ringnuten 14a und 14c angeordnet, so dass die Ringnut 14b auch als mittlere Ringnut bezeichnet wird. Demzufolge ist der Kolbenring 12b in axialer Richtung des Kolbens 16 zwischen den Kolbenringen 12a und 12c angeordnet, so dass der Kolbenring 12b auch als mittlerer Kolbenring bezeichnet wird.
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Der Kolben 16 und die Zylinderwand 22 werden mittels auch als Motoröl bezeichnetem Öl geschmiert, wobei in 1 Öltropfen des Motoröls insbesondere schematisch dargestellt und mit 26 bezeichnet sind. Außerdem veranschaulichen in 1 Pfeile eine Strömung beziehungsweise einen Transportweg des Motoröls, welches entlang des Transportwegs aus dem Kurbelraum in den Brennraum gelangen könnte. Wie aus 1 erkennbar ist, kann das Motoröl, welches sich am Kolben 16 befindet, besonders in einem Schubbetrieb der Hubkolbenmaschine und dabei durch einen insbesondere im Brennraum herrschenden Unterdruck und durch eine entsprechende Kolbenbewegung des Kolbens 16 in axialer Richtung des Kolbens 16 entlang des Kolbens 16 bewegen und sich dabei insbesondere zwischen dem Kolben 16 und den Kolbenring 12a-c innerhalb der Ringnuten 14a-c hindurch bewegen beziehungsweise hindurchströmen und beispielsweise in den Brennraum gelangen.
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2 zeigt ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Anordnung 10', welche grundsätzlich der Anordnung 10 entspricht. Bei der Anordnung 10' jedoch ist der bezüglich der Anordnung 10 beschriebene Transportweg für das Motoröl unterbrochen, was im Folgenden erläutert wird. Bei der Anordnung 10' ist in der in radialer Richtung des Kolbens 16 nach innen hin durch einen auch als Nutgrund bezeichneten Nutboden 28 des Kolbens 16 begrenzten Ringnut 14b genau ein zusätzlicher, separat von dem Kolben 16 und separat von dem zumindest teilweise in der Ringnut 14b angeordneten und ebenfalls separat von dem Kolben 16 ausgebildeten Kolbenring 12b (zweiter Kompressionsring) ausgebildeter Dichtring 30 angeordnet, welcher sowohl entlang seiner in axialer Richtung des Kolbens 16 verlaufenden Höhe als auch entlang seiner in radialer Richtung des Kolbens 16 verlaufenden Breite vollständig in der Ringnut 14b angeordnet ist. Dabei greift der zusätzliche Dichtring 30 in eine korrespondierende Nut 32 des Kolbenrings 12b ein, wobei die Nut 32 in radialer Richtung des Kolbens 16 zum Nutboden 28 hin offen und in radialer Richtung des Kolbens 16 nach außen vollständig durch einen weiteren Nutboden 34 des Kolbenrings 12b begrenzt ist. Außerdem ist der Dichtring 30 in radialer Richtung des Kolbens 16 nach innen hin direkt beziehungsweise unmittelbar an dem Nutboden 28 abgestützt oder abstützbar, so dass in radialer Richtung des Kolbens 16 zwischen dem Kolben 16 und dem Dichtring 30 kein weiteres, separat von dem Kolben 16 und separat von dem Dichtring 30 ausgebildetes Bauteil angeordnet ist. Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass der vorliegend als zweiter Kompressionsring ausgebildete Kolbenring 12b mittels des zusätzlichen, separaten Dichtrings 30 besonders vorteilhaft gegen den Kolben 16 abgedichtet ist, wodurch die Ringnut 14b vorteilhaft abgedichtet und in der Folge der zuvor beschriebenen Transportweg unterbrochen ist. Durch die beschriebene Abdichtung der Ringnut 14b kann ein übermäßiger Ölstrom aus dem Kurbelraum in den Brennraum vermieden werden, so dass ein übermäßiger Eintrag von Öl in Kraftstoff der Hubkolbenmaschine vermieden werden kann. Außerdem kann ein übermäßiger Strom an Blow-By-Gas aus dem Brennraum in das Kurbelgehäuse vermieden werden, so dass insgesamt ein besonders emissionsarmer Betrieb der Hubkolbenmaschine gewährleistet werden kann.
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Um dabei die Ringnut 14b auf besonders einfache Weise abdichten und in der Folge die Anordnung 10' besonders einfach herstellen beziehungsweise montieren zu können, weisen sowohl die Ringnut 14b, als auch der Dichtring 30 und der Kolbenring 12d über ihre jeweiligen, kompletten, in radialer Richtung des Kolbens 16 verlaufenden Erstreckungen konstante, in axialer Richtung des Kolbens 16 verlaufende Höhen auf. Dies bedeutet insbesondere in Hinblick auf den Dichtring 30 und die Ringnut 14b, dass diese keine in axialer Richtung des Kolbens 16 erstreckende Einbuchtungen oder Vorsprünge und somit keine Querschnittsverjüngungen oder Querschnittserweiterungen aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10'
- Anordnung
- 12a-c
- Kolbenring
- 14a-c
- Ringnut
- 16
- Kolben
- 18
- Gehäuseelement
- 20
- Zylinder
- 22
- Zylinderwand
- 24
- Kolbenboden
- 26
- Öltropfen
- 28
- Nutboden
- 30
- Dichtring
- 32
- Nut
- 34
- Nutboden
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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