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Die Erfindung betrifft einen Kolben für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher Kolben für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, ist beispielsweise bereits der
EP 3 036 419 B4 als bekannt zu entnehmen. Der Kolben weist einen Kolbenboden und ein auch als Kolbenschaft oder Schaft bezeichnetes Kolbenhemd sowie einen zumindest teilweise durch den Kolbenboden und das Kolbenhemd begrenzten Innenraum auf, in welchem ein Pleuel der Hubkolbenmaschine teilweise aufnehmbar ist. In dem Innenraum des Kolbens ist das Pleuel gelenkig mit einem, insbesondere gelenkig mit dem Kolben verbundenen Kolbenbolzen verbindbar oder verbunden, so dass beispielsweise in fertig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine der Pleuel ausgehend von dem Innenraum beziehungsweise ausgehend von dem Kolbenbolzen, insbesondere in axialer Richtung des Kolbens, nach außen aus dem Innenraum und somit aus dem Kolben herausverläuft und sich beispielsweise in Richtung einer insbesondere als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle erstreckt. Dabei ist der Kolben über den Kolbenbolzen und der Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle verbunden. Der Kolben weist außerdem einen in Umfangsrichtung des Kolbens um den Kolbenboden herumverlaufenden Kühlkanal auf, welcher wenigstens eine Eintrittsöffnung aufweist. Über die Eintrittsöffnung kann mittels einer Spritze der Hubkolbenmaschine Öl in den Kühlkanal eingespritzt werden.
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Des Weiteren offenbart die
DE 10 2017 007 640 A1 eine Anordnung eines einen Kolbenboden, ein Kolbenhemd und einen zumindest teilweise durch den Kolbenboden und das Kolbenhemd begrenzten Innenraum aufweisenden Kolbens in einem durch eine Zylinderwand begrenzten Zylinder einer Hubkolbenmaschine. Bei der Anordnung ist wenigstens eine zum Ausspritzen von Öl ausgebildete Spritzöffnung vorgesehen, mittels welcher in wenigstens einer Stellung des Kolbens das ausgespritzte Öl in den Innenraum einspritzbar ist. Außerdem ist aus der
DE 10 2005 010 234 A1 eine Kolbenkühlung für eine Brennkraftmaschine bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kolben der eingangs genannten Art zu verbessern.
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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.
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Um einen Kolben der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu verbessern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einspritzöffnung, insbesondere vollständig, außerhalb des Innenraums und dabei vollständig in radialer Richtung des Kolbens nach außen hin versetzt zu dem Innenraum angeordnet ist, so dass die Eintrittsöffnung weder in axialer Richtung nach oben noch in axialer Richtung des Kolbens nach unten durch den Innenraum überdeckt ist. Mit anderen Worten ist die komplette Eintrittsöffnung weder in eine parallel zur axialen Richtung des Kolbens verlaufende und zu dem Kolbenboden hinweisende erste Richtung noch in eine parallel zur axialen Richtung des Kolbens verlaufende, von dem Kolbenboden wegweisende und der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung durch den Innenraum überlappt beziehungsweise überdeckt. Dadurch kann ein von der Spritze bereitstellbarer und durch das mittels beziehungsweise aus der Spritze ausgespritzte Öl gebildeter Ölstrahl unter Umgehen des Innenraums durch die Eintrittsöffnung hindurchgespritzt und dadurch in den Kühlkanal eingespritzt werden. Mit anderen Worten, dadurch, dass kein noch so kleiner Teilbereich der Eintrittsöffnung in axialer Richtung des Kolbens durch den Innenraum überlappt ist und somit die Eintrittsöffnung vollständig außerhalb des Innenraums angeordnet ist, insbesondere bezogen auf die radiale Richtung des Kolbens, kann die auch als Ölspritze bezeichnete Spritze einen Ölstrahl derart ausspritzen und somit bereitstellen und somit derart über die Eintrittsöffnung in den Kühlkanal einspritzen, dass der Ölstrahl den Innenraum umgibt und somit nicht in den Innenraum eingespritzt wird beziehungsweise nicht durch den Innenraum hindurchgespritzt wird. Dadurch können eine besonders vorteilhafte Schmierung und Kühlung der vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise als Verbrennungsmotor ausgebildeten Hubkolbenmaschine gewährleistet werden.
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Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Die Kolben einer Verbrennungskraftmaschine werden zumindest teilweise durch Spritzöl, welches von einer insbesondere feststehenden und auch als Kolbenspritze bezeichneten Spritze an eine Unterseite des jeweiligen Kolbens gespritzt wird, gekühlt. In einigen Verbrennungskraftmaschinen weisen die Kolben einen Kühlkanal auf, der mit dem Spritzöl gespeist wird. Herkömmlicherweise spritzt die Kolbenspritze innerhalb des auch als Pleuelinnenraum bezeichneten Innenraums an den Kolbenboden beziehungsweise in die auch als Einströmöffnung bezeichnete Eintrittsöffnung des Kühlkanals. Dies sorgt dafür, dass das zurückfließende Öl nach unten in einen Ölsumpf gefördert wird. Insbesondere bei niedrigen Drehzahlen wird nur ein kleiner Anteil des rückfließenden Öls mittels eines Kurbetriebs der Hubkolbenmaschine zu einem Ölnebel verwirbelt. Damit zwischen dem Kolben und einer Zylinderwand der Hubkolbenmaschine, deren Zylinderwand einen Zylinder begrenzt, in welchem der Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen ist, ein ausreichender Schmierfilm entstehen kann, wird daher eine größere Menge an Öl in Richtung des Kolbens gespritzt als für die Kühlung des Kolbens eigentlich erforderlich ist. Es kommt somit zu einem übermäßig beziehungsweise unnötig hohen Öldurchsatz, welcher eine hohe Antriebsleistung einer Ölpumpe zum Fördern des Öls erfordert. Dies kann zu einem übermäßigen Energieverbrauch, insbesondere Kraftstoffverbrauch, führen.
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Die Erfindung ermöglicht es nun, eine Ölversorgung zu schaffen, welche auch bei geringem Ölbedarf eine hinreichende Menge an auch als Schmieröl bezeichneten Öl an der Zylinderwand sicherstellt. Hierzu wird zumindest ein großer Teil des Öls, welches in den Kühlkanal eingespritzt wird und somit eigentlich als Kühlöl zum Kühlen des Kolbens verwendet wird, auch zur Schmierung der Zylinderwand verwendet. Dies kann dadurch ermöglicht werden, dass die Spritze so ausgerichtet ist, dass der Ölstrahl auf die vollständig außerhalb des Innenraums angeordnete Eintrittsöffnung gerichtet wird. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass der Ölstrahl in den Innenraum eingespritzt wird, wobei die Eintrittsöffnung dann beispielsweise in dem Innenraum angeordnet ist beziehungsweise in axialer Richtung des Kolbens nach unten hin durch den Innenraum überdeckt wird, so dass der Ölstrahl in den Innenraum eingespritzt und insbesondere durch den Innenraum hindurchgespritzt und dadurch gegen die Eintrittsöffnung gespritzt und über die Einspritzöffnung in den Kühlkanal eingespritzt wird, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, das in den beziehungsweise über den Innenraum in den Kühlkanal eingespritzte Öl über einen Kanal aus dem auch als Kolbeninnenraum bezeichneten Innenraum herauszuführen und außerhalb des Innenraums aus dem Kühlkanal auszuleiten.
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Durch die Erfindung kann eine solche Ölversorgung realisiert werden, durch welche sich im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ein vergrößerter Anteil des mittels der Spritze ausgespritzten Öls zur Schmierung der Zylinderwand nutzen lässt. Dadurch kann eine hinreichende Schmierung der Zylinderwand mit einem besonders geringen Ölvolumenstrom realisiert werden, so dass der Energieverbrauch, insbesondere der Kraftstoffverbrauch, der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden kann.
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Vorzugsweise ist die Eintrittsöffnung auf derselben Seite wie eine zum zumindest teilweisen Aufnehmen eines Kolbenbolzens vorgesehene Aufnahme einer Bolzennabe des Kolbens angeordnet. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Eintrittsöffnung auf der Seite der Aufnahme beziehungsweise auf der Seite angeordnet ist, auf welcher die Aufnahme endet und an einer Umgebung des Kolbens mündet, so dass die Eintrittsöffnung vorzugsweise weder auf der Druckseite noch auf der Gegendruckseite des Kolbens angeordnet ist. Wieder mit anderen Worten ausgedrückt ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mittels der Spritze ausgespritzte Ölstrahl im Bereich der Aufnahme beziehungsweise auf der genannten Seite auf den Kolben beziehungsweise auf die Eintrittsöffnung auftrifft und nicht auf der Druckseite und nicht auf der Gegendruckseite des Kolbens.
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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 Unteransicht eines erfindungsgemäßen Kolbens für eine Hubkolbenmaschine eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Kolbens.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Unteransicht einen Kolben 10 für eine vorzugsweise als Verbrennungskraftmaschine ausgebildete Hubkolbenmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens. Dies bedeutet, dass die Hubkolbenmaschine in ihrem vollständig hergestellten Zustand den Kolben 10 aufweist. Die Hubkolbenmaschine weist beispielsweise ein insbesondere als Kurbelgehäuse, vorzugsweise als Zylinderkurbelgehäuse, ausgebildetes Gehäuseelement auf, welches wenigstens einen Zylinder aufweist beziehungsweise begrenzt oder bildet. Dabei ist der Kolben 10 translatorisch bewegbar in dem Zylinder angeordnet. Der Zylinder ist dabei insbesondere durch eine auch als Laufbahn bezeichnete Zylinderwand des Gehäuseelements gebildet beziehungsweise begrenzt.
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In Zusammenschau mit 2 ist erkennbar, dass der Kolben 10 einen Kolbenboden 12 aufweist, dessen Rand auch als Kolbenkrone 14 bezeichnet wird. Der Kolbenboden 12 weist eine auch als Verbrennungsmulde oder Brennraummulde bezeichnete Kolbenmulde 16 auf, welche beispielsweise als Omega-Mulde ausgebildet ist. Außerdem weist der Kolben 10 ein auch als Schaft oder Kolbenschaft bezeichnetes Kolbenhemd 18 auf, durch welches beispielsweise in radialer Richtung des Kolbens 10 einander gegenüberliegende Laufflächen gebildet sind, die beispielsweise dann, wenn sich der Kolben 10 in dem Zylinder relativ zu der Zylinderwand translatorisch bewegt, an der Zylinderwand abgleiten. Der Kolben 10 weist außerdem eine Ringpartie 20 auf, welche mehrere, vorliegend genau drei in axialer Richtung aufeinanderfolgend angeordnete Ringnuten 22a-c aufweist. In die jeweiligen Ringnuten 22a-c ist zumindest teilweise ein jeweiliger Kolbenring 24a-c aufgenommen. Der in der mittleren Ringnut 22b aufgenommene, mittlere Kolbenring 24b wird beispielsweise als Minutenring ausgeführt, und dann häufig auch als solcher bezeichnet. Der in der in axialer Richtung des Kolbens 10 untersten Ringnut 22c angeordnete Kolbenring 24c ist beispielsweise als ein Ölabstreifring ausgebildet oder wird auch als Ölabstreifring bezeichnet.
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Der Kolben 10 weist außerdem einen Kühlkanal 26 auf, welcher sich in um die axiale Richtung des Kolbens 10 verlaufender Umfangsrichtung des Kolbens 10, insbesondere vollständig umlaufend, um den Kolbenboden 12, insbesondere um die Kolbenmulde 16, herumerstreckt. Dabei ist beispielsweise die Kolbenmulde 16 in radialer Richtung des Kolbens 10 nach außen hin zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, durch den Kühlkanal 26 überdeckt, insbesondere bezogen auf eine in axialer Richtung des Kolbens 10 verlaufende Erstreckung der Kolbenmulde 16. In 1 ist auch eine sogenannte Kolbenschulter 28 des Kolbens 10 erkennbar, wobei beispielsweise jeweilige, in radialer Richtung des Kolbens 10 einander gegenüberliegende Hemdteile 30 und 32 des Kolbenhemds 18 über die Kolbenschulter 28 miteinander verbunden sind. Während beispielsweise eines der Hemdteile 30 und 32 auf der sogenannten Druckseite des Kolbens 10 angeordnet ist, ist das jeweils andere Hemdteil 32 beziehungsweise 30 auf der sogenannten Gegendruckseite des Kolbens 10 angeordnet. Die Kolbenschulter 28 ist dabei auf einer jeweiligen, von der Gegendruckseite und von der Druckseite unterschiedlichen Seite des Kolbens 10 angeordnet.
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Der Kolben 10 weist auch eine auch als Kolbennabe bezeichnete Nabe 34 auf, welche beispielsweise wenigstens zwei in radialer Richtung des Kolbens 10 voneinander beabstandete Aufnahmen aufweist. Die Aufnahmen sind beispielsweise als Bohrungen ausgebildet. Die Aufnahmen sind beispielsweise auf in radialer Richtung des Kolbens 10 einander gegenüberliegenden, von der Gegendruckseite und von der Druckseite unterschiedlichen Seiten des Kolbens 10 angeordnet, wobei beispielsweise eine der Aufnahmen in radialer Richtung des Kolbens 10 nach außen hin auf einer ersten der Seiten und die andere Aufnahme in radialer Richtung des Kolbens 10 nach außen hin auf der anderen Seite endet. Dabei ist ein einfach auch als Bolzen bezeichneter Kolbenbolzen 36 jeweils teilweise in der jeweiligen Aufnahme und somit in der Nabe 34 aufgenommen. Hierdurch ist der Kolbenbolzen 36, insbesondere gelenkig, mit dem Kolben 10 verbunden.
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Der Kolben 10 weist auch einen teilweise durch den Kolbenboden 12 und teilweise durch das Kolbenhemd 18 begrenzten Innenraum 38 auf, welcher auch als Pleuelinnenraum, Pleuelraum, Kolbenraum oder Kolbeninnenraum bezeichnet wird. In dem Innenraum 38 ist ein Längenbereich des Kolbenbolzens 36 aufgenommen, wobei der Längenbereich in axialer Richtung des Kolbenbolzens 36 zwischen den Aufnahmen und somit zwischen weiteren, in den Aufnahmen angeordneten Längenbereichen des Kolbenbolzens 36 angeordnet ist. Außerdem ist in vollständig hergestelltem Zustand der Hubkolbenmaschine ein Pleuel teilweise in dem Innenraum 38 aufgenommen. Insbesondere ist ein, insbesondere kleines, Pleuelauge des Pleuels in dem Innenraum 38 aufgenommen, wobei zumindest ein Teil des zuvor genannten, ersten Längenbereichs des Kolbenbolzens 36 in dem Pleuelauge aufgenommen ist. Hierdurch ist der Kolbenbolzen 36, insbesondere gelenkig, mit dem Pleuel verbunden. Insgesamt ist erkennbar, dass der Pleuel in dem Innenraum 38, insbesondere gelenkig, mit dem Kolbenbolzen 36 und somit mit dem Kolben 10 gekoppelt ist. Über den Pleuel ist der Kolben 10 gelenkig mit einer als Kurbelwelle ausgebildeten Abtriebswelle der Hubkolbenmaschine gekoppelt. Durch diese gelenkige Kopplung können die translatorischen Bewegungen des Kolbens 10 in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle, insbesondere relativ zu dem Kurbelgehäuse, umgewandelt werden. Der Pleuelinnenraum ist beispielsweise das Prisma, welches durch die Extrusion der durch die Innenflächen der Kolbenschultern 28 und des Kolbenhemds 18 aufgespannten Fläche in Zylinderachsrichtung beziehungsweise in axialer Richtung des Zylinders erzeugt wird. Diese Fläche ist in 1 schraffiert dargestellt.
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Des Weiteren ist in 2 eine Unterkante des Kolbenhemds 18 mit 40 bezeichnet. Aus 2 ist besonders gut erkennbar, dass der beispielsweise als Ringkanal ausgebildete Kühlkanal 26 wenigstens oder genau eine Eintrittsöffnung 42 aufweist. Außerdem ist in 2 eine auch als Kolbenspritze, Spritzdüse oder Ölspritzdüse bezeichnete Spritze 44 erkennbar, welche beispielsweise zumindest mittelbar an der zuvor genannten Zylinderwand festgelegt und somit relativ zu der Zylinderwand unbeweglich ist. Die Spritze 44 kann Öl unter Ausbildung eines Ölstrahls 46 ausspritzen und somit den Ölstrahl 46 bereitstellen. Mit anderen Worten ist der Ölstrahl 46 durch Öl gebildet, welches mittels der Spritze 44 ausgespritzt und somit aus der Spritze 44 ausgespritzt und hierdurch von der Spritze 44 bereitgestellt wird. Über die Eintrittsöffnung 42 kann das mittels oder aus der Spritze 44 ausgespritzte Öl in den Kühlkanal 26 eingespritzt werden. Das in den Kühlkanal 26 eingespritzte Öl kann in der Folge den Kühlkanal 26 durchströmen und dadurch den Kolben 10, insbesondere im Bereich seines Kolbenbodens 12, kühlen.
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Um nun eine besonders vorteilhafte Schmierung der Verbrennungskraftmaschine realisieren zu können, ist die auch als Einspritzöffnung bezeichnete Eintrittsöffnung vollständig außerhalb des Innenraums 38 und dabei vollständig in radialer Richtung des Kolbens 10 nach außen hin versetzt zu dem Innenraum 38 angeordnet, so dass die Eintrittsöffnung 42 in axialer Richtung des Kolbens 10 nach unten hin nicht durch den Innenraum 38 überdeckt beziehungsweise überlappt ist. In der Folge kann der von der Spritze 44 bereitstellbare oder bereitgestellte Ölstrahl 46 unter Umgehen des Innenraums 38 gegen die Eintrittsöffnung 42 gespritzt und somit durch die Eintrittsöffnung 42 hindurchgespritzt und dadurch in den Kühlkanal 26 eingespritzt werden. Der Ölstrahl 46 wird somit weder in den Innenraum 38 eingespritzt noch durch den Innenraum 38 hindurchgespritzt, sondern der Ölstrahl 46 umgeht den Innenraum 38 auf seinem Weg von der Spritze 44 zu der und durch die Eintrittsöffnung 42. Außerdem ist die Eintrittsöffnung 42 weder auf der Druckseite noch auf der Gegendruckseite des Kolbens 10 angeordnet, sondern die Eintrittsöffnung 42 ist auf einer der zuvor genannten Seiten angeordnet, auf welchen die Aufnahmen angeordnet sind beziehungsweise enden.
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Der Kühlkanal 26 weist außerdem wenigstens oder genau eine Austrittsöffnung 48 auf, über welche das den Kühlkanal 26 durchströmende Öl aus dem Kühlkanal 26 ausleitbar ist. Das die Austrittsöffnung 48 durchströmende und somit über die Austrittsöffnung 48 aus dem Kühlkanal 26 ausströmende Öl ist in 2 mit 50 bezeichnet. Während beispielsweise die Eintrittsöffnung 42 auf einer der Seiten angeordnet ist, ist die Austrittsöffnung 48 auf der anderen Seite angeordnet, wobei die Seiten in radialer Richtung des Kolbens 10 einander gegenüberliegen. Somit sind beispielsweise die Eintrittsöffnung 42 und die Austrittsöffnung 48 in Umfangsrichtung des Kolbens 10 um 180 Grad voneinander beabstandet. Während die Eintrittsöffnung 42 der Zufuhr des Öls in den Kühlkanal 26 dient, dient die Austrittsöffnung 48 der Abfuhr des Öls aus dem Kühlkanal 26. Das die Austrittsöffnung 48 durchströmende Öl, wobei die Austrittsöffnung 48 auch als Abströmöffnung oder Ölabströmöffnung bezeichnet wird, tropft in einen Ölsumpf, insbesondere in dem Gehäuseelement. Auf beiden Seiten kommt zumindest ein Teil des Öls außen an das Kolbenhemd 18. Durch Auf- und Abbewegung des Kolbens 10 in dem Zylinder wird das Öl von dem Kolbenhemd 18 an die Zylinderwand gespritzt, wodurch die Zylinderwand besonders vorteilhaft geschmiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kolben
- 12
- Kolbenboden
- 14
- Kolbenkrone
- 16
- Kolbenmulde
- 18
- Kolbenhemd
- 20
- Ringpartie
- 22a-c
- Ringnut
- 24a-c
- Kolbenring
- 26
- Kühlkanal
- 28
- Kolbenschulter
- 30
- Hemdteil
- 32
- Hemdteil
- 34
- Nabe
- 36
- Kolbenbolzen
- 38
- Innenraum
- 40
- Unterkante
- 42
- Eintrittsöffnung
- 44
- Spritze
- 46
- Ölstrahl
- 48
- Austrittsöffnung
- 50
- Öl
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3036419 B4 [0002]
- DE 102017007640 A1 [0003]
- DE 102005010234 A1 [0003]
