-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen einen Kolben für einen Verbrennungsmotor und genauer einen Kolben mit Oberflächen, die selektiv geglättet sind, um eine Ablagerungsbildung und/oder -adhäsion zu hemmen.
-
Hintergrund
-
Verbrennungsmotoren setzen einen oder mehrere Kolben ein, die in einem Verbrennungszylinder positioniert sind und durch eine kontrollierte Verbrennungsreaktion in dem Zylinder beweglich sind, um eine Kurbelwelle zu drehen. Sehr viele unterschiedliche Betankungs-, Temperatur- und Drucksteuerungsstrategien in Bezug auf den Verbrennungsprozess wurden im Laufe der Jahre vorgeschlagen. Kraftstoff kann direkt in den Zylinder eingespritzt werden, über eine Öffnung eingespritzt werden oder in einen Strom aus Ansaugluft begast werden, um nur in paar Beispiele zu nennen. Im Fall von direkt eingespritzten Verbrennungsmotoren, die häufig mit einem flüssigen Kohlenwasserstoff-Kraftstoff wie z. B. einem Diesel-Destillatkraftstoff arbeiten, wird die Kraftstoffzerstäubung häufig in eine Brennraummulde geleitet, mit dem Bestreben, den Verbrennungsvorgang auf die Brennraummulde zu beschränken, obwohl in manchen Fällen eingespritzter Kraftstoff über einen Rand des Kolbens geleitet oder vergossen werden und die Wand des Zylinders befeuchten, typischerweise gebildet durch eine Zylinderlaufbuchse. Diese und andere Betriebs- und/oder Betankungsstrategien werden mit verschiedenen Zielen eingesetzt, einschließlich Emissionsminderung, Effizienzoptimierung und noch weiteren. Ein Strom von Motoröl ist zum Verteilen zwischen der Wand des Zylinders und dem Kolben und Kolbenringen bereitgestellt, um die Zwischenflächen zu schmieren.
-
In nahezu allen Motoren, und Dieselmotoren insbesondere, ist es üblich, dass eine Ablagerungsansammlung bei Teilen des Kolbens auftritt, unabhängig von dem Betriebs- und Betankungsregime. Ablagerungen können insbesondere bei Teilen des Kolbens und Kolbenringen beobachtet werden, die der Zylinderwand zugewandt sind. Das Variieren von Kraftstoffzufuhrstrategien, wie z. B. die oben genannten, oder Störungen von gewünschten Betriebsparametern in der dynamischen Verbrennungsumgebung können es relativ schwer machen, die Ablagerungsbildung vorherzusagen und zu mildern. Des Weiteren haben Ziele in Bezug auf Emissionen und Effizienz zum Beispiel häufig Vorrang vor Ablagerungsmilderung, selbst wenn die Mechanismen von Ablagerungsansammlung verstanden oder vermutet werden. Variationen der Kraftstoffqualität und Kraftstoffart können ferner die Art und Weise und das Ausmaß der Ablagerungsbildung beeinflussen.
-
Ingenieure haben zuvor mit mechanischen Ablagerungsverwaltungstechniken, wie z. B. Ablagerungsschabem, experimentiert, um die Bildung solcher Ablagerungen zu verwalten. Übermäßige Kolbenablagerungen können die Verteilung von Schmieröl stören, Ölverbrauch erhöhen und ein Phänomen verursachen oder verschlimmem, das als „Blowby“ bekannt ist, wobei Verbrennungsgase aus dem Zylinder durch einen Freiraum zwischen den Kolbenringen und der Zylinderwand entweichen. Ein Beispiel für einen Kolbenablagerungsminderungsversuch ist in
EP 3043054 A1 dargelegt und schlägt einen Kohlenstoffabschabmanschettenring vor, der scheinbar dabei hilft, unerwünschte Ablagerungen von Verbrennungsoberflächen abzuschaben.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
In einem Aspekt beinhaltet ein Kolben für einen Verbrennungsmotor einen Kolbenkörper mit einer Kolbenkrone, die eine Kolbenmittelachse definiert, und einem Kolbenhemd, das an der Kolbenkrone befestigt ist. Das Kolbenhemd beinhaltet eine Hemdaußenfläche und eine Hemdinnenfläche. Die Kolbenkrone beinhaltet eine Kronenaußenfläche und eine Verbrennungsfläche, die durch eine ringförmige Außenrandfläche und eine Brennraummuldenfläche radial innen von der ringförmigen Außenrandfläche gebildet ist. Die Kronenaußenfläche bildet eine Vielzahl von Kolbenstegen, die sich axial mit einer Vielzahl von Kolbenringnuten abwechseln, und zusammen eine ablagerungsempfindliche Zone definieren. Mindestens eine der Hemdaußenfläche oder der Hemdinnenfläche hat eine Rauigkeitszahl (Ra) von 0,002 Millimeter oder mehr und die Kronenaußenfläche ist innerhalb von mindestens einem Abschnitt der ablagerungsempfindlichen Zone auf eine Ra von 0,0002 Millimeter oder weniger geglättet.
-
In einem anderen Aspekt beinhaltet ein Kolben für einen Verbrennungsmotor einen Kolbenkörper mit einer Kolbenkrone, die eine Kolbenmittelachse definiert, und einem Kolbenhemd, das an der Kolbenkrone befestigt ist. Die Kolbenkrone beinhaltet eine Kronenaußenfläche und eine Verbrennungsfläche, die durch eine ringförmige Außenrandfläche und eine Brennraummuldenfläche radial innen von der ringförmigen Außenrandfläche gebildet ist. Die Kronenaußenfläche bildet eine Vielzahl von Kolbenstegen, die sich axial mit einer Vielzahl von Kolbenringnuten abwechseln, und zusammen eine ablagerungsempfindliche Zone definieren. Die Kolbenkrone ist durchgehend aus einem Kolbenkörpermaterial mit einer freiliegenden Oberflächenglätte gebildet, die innerhalb der Kolbenkrone variiert, und einer durchschnittlichen Rauigkeit (Ra) von 0,0002 Millimeter oder weniger innerhalb von mindestens einem Abschnitt der ablagerungsempfindlichen Zone.
-
In noch einem anderen Aspekt beinhaltet ein Verfahren des Herstellens eines Kolbens zum Dienst in einem Verbrennungsmotor das Aufnehmen eines Kolbenkörpers des Kolbens einschließlich einer Kolbenkrone, die eine Kolbenmittelachse definiert und eine Kronenaußenfläche hat, die sich in Umfangsrichtung um die Kolbenmittelachse erstreckt und durch ein freiliegendes Kolbenkörpermaterial gebildet ist, das sich durch die Kolbenkrone erstreckt. Das Verfahren beinhaltet ferner das Verringern einer Oberflächenrauigkeit der Kolbenkrone durch mindestens eins aus Entfernen oder Verformen des freiliegenden Kolbenkörpermaterials in einer ablagerungsempfindlichen Zone des Kolbenkörpers, die durch eine Vielzahl von Kolbenstegen und eine Vielzahl von Kolbenringnuten definiert ist, die jeweils durch die Kronenaußenfläche gebildet sind. Das Verfahren beinhaltet ferner die Steigerung einer Glätte des freiliegenden Kolbenkörpermaterials basierend auf dem Verringern der Oberflächenrauigkeit zu einer ablagerungshemmenden Glätte, die mindestens eine Größenordnung ist, die glatter ist als eine Glätte in einer ablagerungsunempfindlichen Zone des Kolbenkörpers.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine teilweise unterteilte, schematische Seitenansicht eines Verbrennungsmotors gemäß einer Ausführungsform;
- 2 ist eine unterteilte, schematische Seitenansicht eines Kolbens einschließlich detaillierter Vergrößerungen gemäß einer Ausführungsform;
- 3 ist eine schematische Ansicht eines Kolbens in einer Verarbeitungsstufe gemäß einer Ausführungsform;
- 4 ist eine schematische Ansicht eines Kolbens in einer anderen Verarbeitungsstufe gemäß einer Ausführungsform;
- 5 ist ein Abtastbild eines Kolbens gemäß der vorliegenden Offenbarung nach Dienst in einem Verbrennungsmotor;
- 6 ist eine Ansicht von Abtastbildern des Kolbens von 5, bestückt mit Ablagerungsmessungen;
- 7 ist ein Abtastbild eines Kolbens mit bekannter Konstruktion nach Dienst in einem Verbrennungsmotor; und
- 8 ist eine Ansicht von Abtastbildern des Kolbens von 7, bestückt mit Ablagerungsmessungen.
-
Ausführliche Beschreibung
-
Nun unter Bezugnahme auf 1 ist ein Verbrennungsmotor 10 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Verbrennungsmotor 10 beinhaltet einen Zylinderblock 12 und einen Motorkopf 14, der an dem Zylinderblock 12 befestigt ist. Eine Ansaugleitung 16 ist im Motorkopf 14 sowie eine Abgasleitung 18 gebildet. Ein Ansaugventil 20 ist beweglich, um Fluidkommunikation zwischen der Ansaugleitung 16 und einem Verbrennungszylinder 26, der in einem Zylinderblock 12 gebildet ist, zu steuern. Ein Abgasventil 22 ist beweglich, um Fluidkommunikation zwischen Zylinder 26 und Abgasleitung 18 zu steuern. Eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 24 ist gezeigt, gestützt in einem Motorkopf 14 und positioniert, um einen flüssigen Kraftstoff direkt in den Zylinder 26 einzuspritzen. Motor 10 beinhaltet außerdem eine Pleuelstange 28, die mit einem Kolben 30 gekoppelt ist, die im Zylinder 26 positioniert ist und betrieben werden kann, um eine Kurbelwelle auf eine im Allgemeinen herkömmliche Weise zu drehen. Verbrennungsmotor 10 kann einen Kompressionszündungsmotor beinhalten, der mit einem flüssigen Kohlenwasserstoff-Kraftstoff, wie z. B. einem flüssigen Diesel-Destillatkraftstoff, betrieben werden kann. Andere Kraftstoffe und Kraftstoffgemische, wie z. B. Biodiesel, könnten auch verwendet werden. Zylinder 26 kann einer aus mehreren Zylindern in jeder geeigneten Anordnung sein, wie z. B. einem V-Muster, einem Inline-Muster oder noch anderen. Wie ferner aus der folgenden Beschreibung deutlich werden wird, kann Kolben 30 strukturiert sein, um die Bildung oder Adhäsion von Ablagerungen darauf zu verringern oder zu eliminieren, wie z. B. Kohlenstoff oder karbonisiertem Material.
-
Kolben 30 beinhaltet einen Kolbenkörper 32 mit einer Kolbenkrone 34, die eine Kolbenmittelachse 35 definiert. Kolbenkörper 32 beinhaltet außerdem ein Kolbenhemd 36, das an der Kolbenkrone 34 befestigt ist. Kolbenkrone 34 und Kolbenhemd 36 können durch separate Teile gebildet sein, die durch jeden geeigneten Prozess befestigt sind, wie z. B. einen Reibschweißprozess, obwohl ein einheitlich einstückiger Kolben in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung fällt. Kolbenhemd 36 beinhaltet eine Hemdaußenfläche 38 und eine Hemdinnenfläche 40, verdeckt in der Ansicht von 1. Eine Kolbenbolzenbohrung 44 ist im Kolbenhemd 36 gebildet und stützt einen Kolbenbolzen 42, der Pleuelstange 28 an Kolben 30 auf eine im Allgemeinen herkömmliche Weise koppelt.
-
Nun unter Bezugnahme auf 2 beinhaltet die Kolbenkrone 34 eine Kronenaußenfläche 46 und eine Verbrennungsfläche 48, die durch eine ringförmige Außenrandfläche 58 und eine Brennraummuldenfläche 60 radial innen von der ringförmigen Außenrandfläche 58 gebildet ist. Brennraummuldenfläche 60 bildet eine Brennraummulde 62. Kolbenkrone 34 und Kolbenhemd 36 können ferner Kanalflächen 65 beinhalten, die einen Ölkanal 64 bilden, typischerweise mit einer oder mehreren nach unten öffnenden Öffnungen oder dergleichen, um eine Zerstäubung aus Kühl- und Schmieröl zu erhalten, die nach oben von einem herkömmlichen Ölzerstäuber geleitet wird, und einem Ablass.
-
Kronenaußenfläche 46 bildet eine Vielzahl von Kolbenstegen einschließlich eines oberen Stegs 66, eines zweiten Stegs 68 und eines dritten Stegs 70. Kolbenstege 66, 68, 70 wechseln sich axial mit einer Vielzahl von Kolbenringnuten ab, die auch durch die Kronenaußenfläche 46 gebildet sind. Die Vielzahl von Kolbenringnuten kann eine obere Ringnut 72, eine zweite Ringnut 74 und eine dritte oder untere Ringnut 76 beinhalten. Kolben mit einer anderen Anzahl von Kolbenstegen und/oder Kolbenringnuten sind innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Offenbarung. Die Vielzahl von Kolbenstegen und die Vielzahl von Kolbenringnuten erstrecken sich jeweils in Umfangsrichtung um die Kolbenmittelachse 35 und definieren zusammen eine ablagerungsempfindliche Zone 82.
-
In einer praktischen Implementierungsstrategie ist Kolbenkrone 34 durchgehend aus einem Kolbenkörpermaterial gebildet. Kolbenhemd 36 kann auch durchgehend aus dem gleichen Kolbenkörpermaterial gebildet sein. Kolbenkörper 32, einschließlich Kolbenkrone 34 und Kolbenhemd 36 können gegossen, geschmiedet oder durch einen anderen geeigneten Prozess, wie z. B. ein additives Fertigungsverfahren, gebildet sein. Das Kolbenkörpermaterial kann Eisen, Stahl, Edelstahl, Aluminium oder verschiedene andere Metalle und Legierungen sein. Wie oben vorgeschlagen, ist Kolben 30 angepasst, um die Bildung und/oder Adhäsion von bestimmten Ablagerungen zu hemmen.
-
Dafür kann die Kronenaußenfläche 46 innerhalb mindestens eines Abschnitts der ablagerungsempfindlichen Zone 82 auf eine durchschnittliche Rauigkeit (Ra) von 0,0002 Millimeter (0,20 Mikron) oder weniger geglättet werden. Gemäß einer anderen Charakterisierung kann die Kronenaußenfläche 46 auf einen quadratischen Rauigkeitsmittelwert (root mean square (RMS) roughness) von 11 Mikrozoll oder weniger geglättet werden. In einer Verfeinerung wird die Kronenaußenfläche 46 innerhalb des betreffenden Abschnitts der ablagerungsempfindlichen Zone 82 auf eine Ra von 0,00015 Millimeter oder weniger geglättet und in einer weiteren Verfeinerung auf eine Hochglanz-Ra von 0,000125 Millimeter oder weniger geglättet.
-
Die Glätte des betreffenden Abschnitts der Kronenaußenfläche 46 wird so angesehen, dass sie die Bildung und/oder Adhäsion von Ablagerungen darauf beschränkt oder, abhängig von den Betriebsbedingungen, potenziell eliminiert. In manchen Ausführungsformen kann die Glätte einer Gesamtheit der Kronenaußenfläche 46 eine Ra von 0,0002 Millimeter oder weniger, 0,00015 Millimeter oder weniger oder 0,000125 Millimeter oder weniger sein. Es wurde beobachtet, dass eine erhöhte Glätte von mindestens einem Abschnitt der ablagerungsempfindlichen Zone 82, relativ zu der ablagerungsunempfindlichen Zone des Kolbenkörpers 32, ein wenig Verbesserung hinsichtlich der Ablagerungsbildung und/oder - adhäsion bereitstellen kann. Eine „erhöhte“ Glätte bedeutet eine verringerte durchschnittliche Rauigkeit Ra, einen verringerten quadratischen Rauigkeitsmittelwert oder eine verringerte Rauigkeit durch eine andere Maßnahme, relativ zu einem vorgegebenen Standard, wie z. B. Startrauigkeit der betreffenden Oberfläche oder eine Rauigkeit einer anderen Oberfläche, die nicht auf diese Weise geglättet ist.
-
In manchen Implementierungen kann weniger als die gesamte Kronenaußenfläche 46 und weniger als die gesamte ablagerungsempfindliche Zone 82 auf diese Weise geglättet sein. Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform der obere Steg 66 auf eine Ra von 0,0002 Millimeter oder weniger oder auf oder weniger als eine der noch glatteren Ra-Werte geglättet, die hier aufgelistet sind. In einer weiteren Ausführungsform ist die Kronenaußenfläche 46 in jedem aus oberem Steg 66, zweitem Steg 68 und drittem Steg 70 auf die Ra von 0,0002 Millimeter oder weniger oder auf oder weniger als eine der noch glatteren Ra-Werte geglättet, die hier aufgelistet sind. In Kombination mit dem Glätten von einem oder mehreren der Kolbenstege 66, 68 und 70 oder unabhängig kann mindestens eine der Kolbenringnuten 72, 74 und 76 auf die Ra von 0,0002 Millimeter oder weniger oder auf oder weniger als eine der noch glatteren Ra-Werte geglättet sein, die hier aufgelistet sind.
-
Wie oben vorgeschlagen, kann ein Teil des Kolbenkörpers 32, einschließlich eines Teils der Kolbenkrone 34, relativ glatter als andere Teile des Kolbenkörpers 32 und/oder der Kolbenkrone 34 sein. Daher kann das Kolbenkörpermaterial, aus dem die Kolbenkrone 34 gebildet ist, eine freigelegte Oberflächenglätte aufweisen, die innerhalb der Kolbenkrone 34 variiert, wie z. B. mit einer unterschiedlichen Glätte auf der Verbrennungsfläche 48 im Vergleich zu einer Glätte auf der Kronenaußenfläche 34 innerhalb der ablagerungsempfindlichen Zone 82. In einer Implementierung kann mindestens eine der Hemdaußenfläche 38 oder Hemdinnenfläche 40 eine Ra von 0,002 Millimeter oder mehr aufweisen, wobei das Kolbenkörpermaterial eine freigelegte Oberflächenglätte aufweist, die in der ablagerungsempfindlichen Zone 82 am glattesten ist und um mindestens eine Größenordnung zwischen ablagerungsempfindlicher Zone 82 und Hemdaußenfläche 38 oder Hemdinnenfläche 40 oder noch einer anderen weniger glatten Oberfläche des Kolbenkörpers 32 variiert. Anders ausgedrückt, kann innerhalb mindestens eines Abschnitts der ablagerungsempfindlichen Zone 82 die Kronenaußenfläche 34 mindestens zehnmal glatter als andere Oberflächen der Kolbenkrone 32 und/oder des Kolbenhemds 36 sein. Hemdaußenfläche 38 oder Hemdinnenfläche 40 können eine ablagerungsunempfindliche Zone des Kolbenkörpers 32 sein oder beinhalten, wo die Ablagerungsbildung und/oder -adhäsion weniger wahrscheinlich ist oder überhaupt nicht beobachtet wird. Verbrennungsfläche 48 kann außerdem eine ablagerungsunempfindliche Zone des Kolbenkörpers 32 sein oder beinhalten.
-
2 beinhaltet eine detaillierte Vergrößerung, die freiliegendes Kolbenkörpermaterial zeigt, das den oberen Steg 66 bildet, und eine andere detaillierte Vergrößerung, die freiliegendes Kolbenkörpermaterial der Hemdaußenfläche 38 zeigt. Zumindest mikroskopisch kann erwartet werden, dass der Unterschied der Glätte des Kolbenkörpermaterials, das die entsprechenden Oberflächen bildet, beobachtbar ist. Bearbeitungsspuren auf der Hemdaußenfläche 38 können unscharf aber sichtbar sein und eine deutliche Richtung aufweisen, unter Vergrößerung unter Verwendung von Lichtmikroskopie. Auf dem oberen Steg 66 können Bearbeitungsspuren sichtbar sein aber eine deutliche Richtung kann eventuell nicht sichtbar sein unter Vergrößerung durch Lichtmikroskopie.
-
Nun auch unter Bezugnahme auf 3 ist ein Kolben 30 gezeigt, wie er in einer Verarbeitungsstufe auftreten könnte, gestützt durch eine Halterung 102 in einer Verarbeitungszelle 100. Ein Werkzeug 104, wie z. B. eine Schleifscheibe, ist gezeigt, wie sie in Kontakt mit der Kronenaußenfläche 34 auftreten könnte, und im Allgemeinen axial entlang der Kronenaußenfläche 34 und entlang der Hemdaußenfläche 38 beweglich. Werkzeug 104 kann verwendet werden, um freigelegtes Kolbenkörpermaterial des Kolbenkörpers 32 zu entfernen oder zu verformen, um eine spezifische Oberflächentextur einschließlich einer Ra zu erreichen. Auch unter Bezugnahme auf 4 ist ein Kolben 30 gezeigt, der weiterhin mit der Halterung 102 in der Verarbeitungszelle 100 gestützt ist, und nun dargestellt, wie er mit einem anderen Werkzeug 106 auftreten könne, das nur zum Entfernen oder Verformen von freigelegtem Kolbenkörpermaterial in ablagerungsempfindlicher Zone 82 der Kronenaußenfläche 34 verwendet wird. Werkzeug 104 kann daher in der Stufe verwendet werden, die in 3 dargestellt ist, bei der Verarbeitung sowohl der Kolbenkrone 34 als auch des Kolbenhemds 36. Werkzeug 106 kann bei anschließender Verarbeitung von nur Kolbenkrone 34 verwendet werden, um die erwünschte Glätte zu erreichen, wie hier besprochen. Es wird erwogen, dass Werkzeug 106, einschließlich eines Polier- oder Glättwerkzeugs oder noch eines anderen, freigelegtes Kolbenkörpermaterial entfernen oder freigelegtes Kolbenkörpermaterial in allen der Kolbenstege 66, 68 und 70 und potenziell außerdem in Kolbenringnuten 72, 74 und 76 plastisch verformen kann aber nicht beim Verarbeiten des Kolbenhemds 36 verwendet wird. Fachleute werden anerkennen, dass eine Vielfalt von unterschiedlichen Werkzeugen, Techniken und unterschiedlichen Verarbeitungszellen, Halterungen oder andere Vorrichtungen und Techniken verwendet werden können. Um die erwünschte Ra in ablagerungsempfindlicher Zone 82 zu erreichen, könnte die Kronenaußenfläche 34 poliert, elektropoliert, laserpoliert oder durch andere bekannte Techniken behandelt werden, wie z. B. sogenanntes „Super Machining“. Werkzeug 106 kann daher eine Vielfalt an Formen aufweisen.
-
In einer praktischen Implementierungsstrategie, die eine beliebige der verschiedenen möglichen Techniken einsetzt, kann der Kolbenkörper 32 zum Verarbeiten in den Stufen aufgenommen werden, die in 3 und 4 dargestellt sind, bereits mit einer Grundform, wie z. B. die, die durch Gießen oder Schmieden und Grobbearbeitung erzeugt werden, und die dann erzeugte gewünschte Glätte. Das Verarbeiten des Kolbenkörpers 32 wird das Verringern einer Oberflächenrauigkeit der Kolbenkrone 34 durch mindestens eines aus Entfernen oder Verformen von freigelegtem Kolbenkörpermaterial in ablagerungsempfindlicher Zone 82 und Erhöhen einer Glätte des freigelegten Kolbenkörpermaterials basierend auf dem Verringern der Oberflächenrauigkeit auf eine ablagerungshemmende Glätte beinhalten, die mindestens eine Größenordnung glatter als eine Glätte in einer ablagerungsunempfindlichen Zone des Kolbenkörpers 32 ist. Die ablagerungshemmende Glätte kann zum Beispiel eine Ra von 0,0002 Millimeter oder weniger sein. Wie oben angemerkt, kann die ablagerungsunempfindliche Zone des Kolbenkörpers 32 Hemdaußenfläche 38 oder eine andere Oberfläche zum Beispiel beinhalten. Kolbenkörper 32 kann außerdem eine oder mehrere Oberflächen im gegossenen Zustand oder eine oder mehrere Oberflächen im geschmiedeten Zustand beinhalten, die eine Rauigkeit von mehr als eine Größenordnung, wie z. B. mehrere Größenordnungen, größer als Kronenaußenfläche 34 in ablagerungsempfindlicher Zone 82 aufweisen können. Hemdinnenfläche 40 kann in gegossenem Zustand oder in geschmiedetem Zustand sein, Kanalflächen 65 können in gegossenem Zustand oder in geschmiedetem Zustand sein, zum Beispiel.
-
Gewerbliche Anwendbarkeit
-
Das Bestimmen, welche Oberflächen geeignete oder optimale Ziele zum Glätten gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellen, kann durch Simulation oder empirisch bestimmt werden, zum Beispiel durch Beobachten von Standorten der Ablagerungsbildung auf Kolben, nachdem sie im Dienst in einem Verbrennungsmotor verwendet wurden. Es wird erwogen, dass Faktoren wie z. B. Kraftstoffzerstäubungswinkel, Verbrennungstemperaturen und/oder Betriebstemperaturbereiche, Schmierölfluss, Kühlmittelfluss, Arbeitszyklus, Kraftstoffart und/oder -qualität und viele andere Faktoren sowohl die Bildungsstandorte als auch die Ablagerungslast beeinflussen, die von einem beliebigen Kolben erfahren wird. Empirische Beobachtungen können außerdem dabei helfen, zu bestimmen, welcher Abschnitt einer Kronenaußenfläche, wie z. B. eine Gesamtheit einer Kronenaußenfläche oder nur ein Steg, eine Kolbenringnut, mehrere Stege und mehrere Nuten oder eine andere Kombination, zum Glätten angezielt werden sollte, um die Ablagerungsbildung und/oder -adhäsion zu hemmen oder zu mildern. Es wird erwogen, dass die vorliegende Offenbarung für neu hergestellte Kolben sowie für wiederaufbereitete Kolben angewendet werden kann, die aus dem Dienst in einem Verbrennungsmotor entfernt wurden.
-
Nun unter Bezugnahme auf 5 ist ein Kolben 30 gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt, wie er in einem Abtastbild nach Dienst in einem Verbrennungsmotor erscheinen könnte, wobei das Abtastbild die relativen Standorte und relative Dicke von Ablagerungen 110 auf dem oberen Steg 66 und anderswo zeigt. Ein Maßstab in Millimeter ist an Referenznummer 120 gezeigt. 6 beinhaltet ein erstes Bild 150 eines Abschnitts des oberen Stegs 66, der oberen Ringnut 72 und des zweiten Stegs 68, wo bestückt mit Ablagerungsdickenmessungen an verschiedenen Punkten, wie es beim Berechnen einer durchschnittlichen Ablagerungsdicke verwendet werden kann. Ablagerungsdickenmessungen werden an Nummern 151, 153, 155 und 157 gezeigt und ein Ablagerungsdickenmaßstab in Millimeter ist an 159 gezeigt. 6 beinhaltet ein Bild 160, das mit Messungen von maximalen Kolbenablagerungsdicken, einschließlich einer Messung 161 und einer Messung 163, und einem Ablagerungsdickenmaßstab in Millimeter an 165 bevölkert ist.
-
Nun unter Bezugnahme auf 7 ist ein Kolben 230 gemäß einer bekannten Konstruktion mit einem oberen Steg 266 und Ablagerungen 310 darauf gezeigt. Ein Ablagerungsdickenmaßstab in Millimeter ist an 320 gezeigt. 8 zeigt ein Bild 350 von Ablagerungsdickenmessungen 351, 353, 355 und 357, wie es beim Berechnen einer durchschnittlichen Ablagerungsdicke verwendet werden könnte. Ein Ablagerungsdickenmaßstab ist in Millimeter an 359 gezeigt. 8 beinhaltet außerdem ein weiteres Bild 360, das mit Messungen von maximalen Ablagerungsdicken 361 und 363 und einem Ablagerungsdickenmaßstab an 365 bevölkert ist.
-
Die Kolben und Daten, die in 5 und 6 gezeigt sind, stellen tatsächliche Testdaten für einen Kolben gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, wobei der obere Steg 66 auf eine Hochglanz-Ra von 0,000125 Millimeter oder weniger geglättet ist und nach Dienst in einem Dieselmotor. Kolben 230 wie in 7 und 8 gezeigt, stellt tatsächliche Testdaten für eine bekannte Konstruktion dar, wobei der obere Steg 266 herkömmlich geglättet ist, wie z. B. auf eine Ra von 0,0002 Millimeter oder mehr und nach Dienst in einem Dieselmotor im Wesentlichen identisch zu dem von Kolben 30. Man kann durch einen Vergleich der Bilder von 5 und 6 mit den Bildern der 7 und 8 sehen, dass Kolben 30 relativ weniger durchschnittliche Dicke, weniger maximale Dicke und insgesamt weniger räumliche Abdeckung von Ablagerungen erfährt. Ansammlungsgesamtwerte in Kolben 30 können mehr als 60 % weniger als in Kolben 230 sein.
-
Die vorliegende Beschreibung dient ausschließlich veranschaulichenden Zwecken und sollte nicht so verstanden werden, dass sie die Breite der vorliegenden Offenbarung in jeglicher Weise einengt. Daher werden Fachleute anerkennen, dass verschiedene Modifikationen an den vorliegend offenbarten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem vollständigen und angemessenen Anwendungsbereich und der Idee der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Untersuchung der beigefügten Zeichnungen und angehängten Ansprüche deutlich. Wie hier verwendet, sollen die Artikel „eine“ und „ein“ ein oder mehrere Elemente beinhalten und können austauschbar mit „ein(e) oder mehr“ verwendet werden. Wo nur ein Element gemeint ist, wird der Begriff „ein(e) einzelne(r)“ oder ähnliche Sprache verwendet. Außerdem, wie hier verwendet, sollen die Begriffe „hat“, „haben“, „mit“ oder dergleichen offene Begriffe sein. Ferner soll die Phrase „basierend auf“ „basierend, mindestens teilweise, auf“ bedeuten, sofern nicht anders explizit ausgedrückt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
