DE19616474A1 - Kolben mit Ringanordnung für Hubkolbenmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben mit Ringanordnung gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 beschriebenen Bauart.

Als der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe ist der Ölverbrauch mit einfachsten Mitteln weiter wesentlich abzusenken.

Diese Aufgabe ist mit dem Patentanspruch 1 gelöst, und zwar in überraschend vorteilhafter Weise dadurch, daß eine der Nut des Ölabstreifringes kolbenboden­ seitig benachbarte Kolbenring-Nut ebenfalls (wie die Ölabstreifring-Nut) mit in das Kolben innere führenden Ölablaufbohrungen ausgebildet ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 mit 6 be­ schrieben.

Die Erfindung ergibt insbesondere durch die Verwendung bei einem modernen, gemäß Anspruch 3 in bekannter Weise mit drei Ringen von jeweils bekannter Ausführung bestückten Kolben einer Brennkraftmaschine den für einen Fachmann überraschenden Effekt einer wesentlichen Absenkung des Ölverbrauches ohne einer nennenswerten Zunahme an blow-by-Gasen.

Auf der Basis des nach Anspruch 3 modern gestalteten Kolbens ergeben sich mit den in den Ansprüchen 4 mit 6 beschriebenen Kombinationen der jeweils für sich bekannten Kolbenringe weitere folgende Vorteile.

Der Kolbenring in der zweiten Nut, der in der Literatur als Kompressionsring be­ schrieben wird, bekommt durch die erfindungsgemäßen Ölrücklaufbohrungen eine Zusatzfunktion als Ölabstreifring und verringert dadurch den Ölverbrauch. Das ab­ gestreifte Öl wird im Nut-Grund über die Ölrücklaufbohrungen in den Kurbelraum zurückgeführt.

Ein weiterer Vorteil ist die Beseitigung des "Reverse blow-by", welches in bestimm­ ten Betriebszuständen dadurch entstehen kann, daß der Gasdruck im ersten Ringstegspalt teilweise höher ist als der Gasdruck über dem ersten Kolbenring. Dadurch kehrt sich kurzzeitig die Strömung der Durchblasemenge um und die Durchblasemenge fließt vom Ringspalt zwischen dem ersten und zweiten Kom­ pressionsring am Ende der Verbrennung zurück in den Brennraum und erhöht da­ durch die HC-Emission im Abgas.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, kostengünstigere Kolbenringe einzusetzen, da die Abstreifwirkung nicht mehr das hohe Qualitätsniveau aufweisen muß.

Eine weitere Umsetzung der Erfindung ermöglicht eine Verringerung der Reib­ leistung über die Kolbenringe durch eine Reduzierung der Tangentialkräfte. Wegen der verbesserten Ölabstreiffunktion kann die Tangentialkraft der Kolbenringe ge­ genüber dem Ausgangszustand deutlich reduziert werden, was in der Regel ohne Gegenmaßnahmen einen Anstieg des Ölverbrauches zur Folge hätte. Dadurch ergibt sich auch eine Absenkung des Kraftstoffverbrauches.

Weiter eröffnet die Erfindung Kompensationsmöglichkeiten für den Fall von Kol­ benänderungen, die mit einem Ölverbrauchsanstieg verbunden sind.

Schließlich kann bei liegenden Motoren im Stillstand durch einen etwaigen Unter­ druck im Brennraum Öl angesaugt werden, was durch die Erfindung ebenfalls ver­ bessert wird.

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Beispielen beschrie­ ben. Es zeigen

Fig. 1 und 2 jeweils einen modernen Kolben in üblicher 3-Ring-Bestückung mit erfindungsgemäß angeordneten, zusätzlichen Ölablaufbohrungen in der mittleren Kolbenring-Nut,

Fig. 3 und 4 jeweils einen modernen Kolben mit 3-Ring-Bestückung von abweichender Ring-Kombination.

In den Fig. 1 bis 4 ist jeweils abschnittsweise ein Kolben 1 gezeigt mit einem Kolbenboden 2, einer Ringzone 3 und einem anschließenden Kolbenhemd 4. In jeder Ringzone 3 sind jeweils drei gesonderte Kolbenring-Nuten 5, 6, 7 angeord­ net. Die kolbenbodenseitige Ring-Nut 5 dient der Anordnung eines Kompressions­ ringes 8 bekannter Ausbildung. Die kolbenbodenfern angeordnete Ring-Nut 7 nimmt einen Ölabstreifring 9 bekannter Ausbildung auf, wobei die Ring-Nut 7 mit in das Kolbeninnere 10 führenden Ölablaufbohrungen 11 ausgebildet ist.

Zur weiteren Absenkung des Ölverbrauches ist die der Nut 7 des Ölabstreifringes 9 kolbenbodenseitig benachbarte Kolbenring-Nut 6 erfindungsgemäß ebenfalls mit in das Kolbeninnere 10 führenden Ölablaufbohrungen 12 ausgebildet.

Wie aus den Fig. 1 bis 4 weiter hervorgeht, sind die erfindungsgemäß zusätzli­ chen Ölablaufbohrungen 12 entweder radial oder radial geneigt gerichtet in den Grund 6′ und/oder in die ölabstreifringseitige Flanke 6′′ der Ring-Nut 6 ausmün­ dend angeordnet.

In Verbindung mit den erfindungsgemäß zusätzlichen Ölablaufbohrungen 12 der mittleren Ring-Nut 6 zwischen der Nut 5 für den Kompressionsring 8 und der Nut 7 für den üblichen Ölabstreifring 9 erklärt sich, daß ein Kolbenring 13 für die mittlere Ring-Nut 6 auch eine vorbestimmte Ölabstreiffunktion aufweist.

Für die erste Ring-Nut 5 kann als Kompressionsring 8 gemäß den Fig. 1 und 3 ein Rechteckring 14 oder gemäß Fig. 2 ein Minutenring 15, ferner ein Trapezring oder gemäß Fig. 4 ein Doppeltrapezring 16 vorgesehen sein, und zwar in allen bekannten Varianten bezüglich Gleitflächengestaltung, Innenwinkel/Innenfase, Kantenbruch, Stoßausführung usw.

Die zweite bzw. mittlere Ring-Nut 6 mit den erfindungsgemäß zusätzlich vorgese­ henen Ölablaufbohrungen 12 dient der Aufnahme des Kolbenringes 13, der gemäß den Fig. 1 und 3 ein Nasenminutenring 17 ist in der Doppelfunktion als weiterer Kompressionsring mit Ölabstreiffunktion, oder gemäß Fig. 2 ein Minutenring 18 ist, oder schließlich gemäß Fig. 4 ein üblicher Ölabstreifring 19 ist zur Erzielung eines besonders vorteilhaft geringen Ölverbrauches.

Schließlich ist in der dritten Ring-Nut 7 gemäß den Fig. 1, 2 und 4 jeweils ein üblicher Ölabstreifring 9 mit zwei Abstreifkanten mit Federunterstützung angeord­ net. Dagegen ist in Fig. 3 ein Nasenminutenring 20 zum Ölabstreifen vorgesehen, der sich neben günstigen Gestehungskosten auch durch eine wesentlich niedrigere Tangentialkraft auszeichnet, die vorteilhaft die Reibleistung herabsetzt.

Abschließend ist festzustellen, daß ein üblicher moderner Kolben mit 3-Ring-Bestückung mit allen denkbaren Kombinationen an jeweiligen bekannten Ringgestal­ tungen hinsichtlich eines minimierten Ölverbrauches mittels der Erfindung in herausragend einfacher Weise gestaltbar ist.

Vorzugsweise sind in der mittleren Ring-Nut 6 über deren Umfang verteilt vier Ölablaufbohrungen 12 mit jeweils einem Durchmesser von 1,2 mm angeordnet.

Claims (7)

1. Kolben mit Ringanordnung für Hubkolbenmaschinen, inbesondere Brenn­ kraftmaschinen,

• - umfassend in gesonderten Nuten (5, 6, 7) angeordnete Kolbenringe (8, 9, 13) mit zumindest einem kolbenbodenseitigen Kompressions­ ring (8) und einem kolbenbodenfern angeordneten Ölabstreifring (9, 20), dessen
• - Nut (7) mit in das Kolbeninnere (10) führenden Ölablaufbohrungen (11) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet,

• - daß eine der Nut (7) des Ölabstreifringes (9, 20) kolbenbodenseitig benachbarte Kolbenring-Nut (6) ebenfalls mit in das Kolbeninnere (10) führenden Ölablaufbohrungen (12) ausgebildet ist.

2. Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölablaufboh­ rungen (12) radial oder radial geneigt gerichtet in den Grund (6′) und/oder in die ölabstreifringseitige Flanke (6′′) der Kolbenring-Nut (6) ausmündend an­ geordnet sind.

3. Kolben nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,

• - daß drei gegenseitig beabstandet angeordnete Kolbenring-Nuten (5, 6, 7) vorgesehen sind, wobei
• - in der ersten Kolbenring-Nut (5) ein Kompressionsring (8) bekannter Ausbildung angeordnet ist und
• - in den zweiten und dritten Kolbenring-Nuten (6, 7) jeweils ein be­ kannter Kolbenring (13, 9) mit Ölabstreiffunktion vorgesehen ist.

4. Kolben nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

• - daß für die ersten Kolbenring-Nut (5) als Kompressionsring (8) ein Rechteckring (14) oder ein Minutenring (15), ein Trapez- oder Dop­ peltrapezring (16) jeweils in allen Varianten vorgesehen ist und
• - daß für die zweite Kolbenring-Nut (6) ein Nasenminutenring (17) oder Minutenring (18) oder ein Rechteckring jeweils in allen Varian­ ten vorgesehen ist, und
• - daß in der dritten Kolbenring-Nut (7) ein Ölabstreifring (9, 20) mit ein oder zwei Abstreifkanten mit und ohne Federunterstützung angeord­ net ist.

5. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der dritten Kolbenring-Nut (7) anstelle des Ölabstreifringes (9) ein Nasenminutenring (20) oder Minutenring angeordnet ist.

6. Kolben nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Kolbenring-Nut (6) anstelle des Nasenminutenringes (17) oder des Minuten­ ringes (18) oder eines Rechteckringes ein weiterer Ölabstreifring (19) be­ kannter Ausbildung in allen Varianten angeordnet ist.